Projeto Imunologia nas Escolas Instituto de Investigação em Imunologia - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia
O SISTEMA IMUNE E AS INFECÇÕES (atividade #2)
São Paulo, 2011
Sumário Introdução Aula teórica Fichas de discussão: O que aconteceu no surto de infecção por E. coli na Europa ? A infecção pela bactéria E. coli: por que às vezes o sistema imune não dá conta? O que acontece com nosso organismo na infecção pelo HIV ? O Sistema imune na infecção pelo HIV Imunidade Inata Imunidade Adaptativa Aula prática Roteiro da aula prática Modelo de hemograma Modelo de exame de urina Roteiro do professor
Introdução A maioria dos microrganismos não causa doença e são nossos parceiros evolutivos.
Temos,
em nosso corpo, 10 vezes mais bactérias do que células humanas. Temos aproximadamente 25 mil genes humanos e 1 milhão de genes de bactérias. Os microrganismos que habitam nosso corpo, normalmente, formam a nossa microbiota que tem função importante para a nossa saúde. Mas, há muitos microorganismos que causam doenças. Esses
Infecção:
são chamados de patógenos. Após o rompimento da barreira
patogênicos
física e química (por exemplo, a pele) que protege nosso corpo, os
agentes
infecciosos
penetram
no
organismo
e
entrada
de
microorganismos humano,
se
no
corpo
gerando
uma
resposta imune devido a sua multiplicação.
multiplicam, estimulando a resposta imune. No início de uma
infecção a quantidade de patógeno, geralmente, é baixa. Algumas moléculas especiais presentes nas células do sistema imune reconhecem estes patógenos nas primeiras horas de infecção. Aqui, inicia-se uma resposta imune contra o patógeno. As primeiras células e moléculas que “combatem” os patógenos invasores fazem parte da resposta imune inata. São elas macrófagos, células NK (matadoras naturais), neutrófilos, citocinas e moléculas do complemento. Elas atacam e/ou fagocitam e digerem os patógenos, levando à produção de várias moléculas, citocinas e quimiocinas. Citocinas e quimiocinas são moléculas capazes de sinalizar para as células do sistema imune, ativandoas ou inibindo-as. A ativação da resposta imune inata leva ao recrutamento, para o local, de células que promovem uma resposta imune mais específica contra o patógeno, chamada de resposta imune adaptativa (linfócitos T e B). As células apresentadoras de antígeno (APC macrófagos e células dendríticas) têm um papel fundamental na resposta imune adaptativa. As APC encontram os patógenos nas primeiras horas de
infecção
nos
tecidos;
conseguem
fagocitar e digerir estes patógenos. As APC migram para locais denominados de linfonodos.
Resposta imune: mecanismo pelo qual o organismo
reconhece
e
responde
à
substância que considera estranha.
Nos linfonodos elas encontram os linfócitos, que reconhecem pequenos pedaços destes patógenos
Patógeno: ou agente infeccioso – coloquialmente
(antígeno) presentes na membrana da APC. Os
chamado de germe - é um microorganismo, tal como
linfócitos
ativados
pelas
APCs
são
muito
especializados em combater especificamente
vírus, bactérias, fungos ou parasitas, que causam doença em um hospedeiro (animal ou vegetal).
cada tipo de patógeno invasor. Também são capazes de entrar na circulação sanguínea e
Linfonodo: é um pequeno órgão secundário do
migrar para as regiões de infecção. Assim que o
sistema imune, com formato arredondado, ligado
patógeno
por vasos linfáticos e amplamente distribuído
invasor
é
eliminado,
o
hospedeiro
permanece
com
as
anticorpos
produzidos
após
esta
infecção.
Este
processo
memória
imunológica,
organismo células
primeira
é conhecido conferindo
e
como
proteção
pelo
corpo,
incluindo
a
axila,
Os linfonodos são reservatórios de linfócitos B e T e outras células do sistema imunológico.
duradoura contra re-infecções por este mesmo patógeno.
Palavras e expressões que você não pode esquecer quando pensa em imunologia: Componentes da Resposta imune inata: macrófagos, células NK (matadoras naturais), neutrófilos, citocinas e moléculas do complemento Componentes da Resposta imune adaptativa: linfócitos T e B Célula apresentadora de antígeno (APC) Memória imunológica
o
estômago/intestino e pescoço.
O que aconteceu no surto de infecção por E. coli na Europa ? A maioria das cepas da bactéria E. coli (Escherichia coli) não causam doença e vivem no intestino de vários mamíferos, inclusive dos humanos. São microorganismos não patogênicos que fazem parte da microbiota (conjunto de microorganismos que habitam, normalmente, o organismo dos indivíduos - pele, nariz, boca, sistemas gastro-intestinal e genito-urinário - sem causar doenças) e impedem o crescimento de bactérias nocivas e sintetizam vitaminas K e do complexo B. No entanto, há várias cepas que podem causar doenças aos humanos. Atualmente, existem 6 grupos reconhecidos de E. coli patogênicas, que causam gastroenterites em humanos. As E.coli patogênicas podem habitar o intestino das vacas, sem causar doenças. Com base nos conhecimentos científicos, acredita-se que, ao longo do tempo, a E. coli foi infectada por um vírus que inseriu seu DNA no cromossomo da bactéria e um de seus genes passou a conter a informação para a produção de toxina " tipo-Shiga" (semelhante à Shigella). A toxina é uma substância solúvel tóxica para as células do hospedeiro, causando muitos danos ao organismo e até mesmo morte. No último mês (entre Maio e Junho 2011), 35 pessoas morreram na Europa por infecção por uma cepa muito virulenta da bactéria E. coli (Escherichia coli O104:H4), que deixou mais de 3 mil pessoas doentes. O que aconteceu? Do ponto de vista epidemiológico, sabemos, hoje, que a origem da infecção foi no sul da Alemanha. Foi um trabalho de detetive, com entrevistas das pessoas que se infectaram, procurando-se fatores associados à infecção. Brotos de feijão de uma fazenda estavam contaminados com esta cepa de E. coli. As pessoas comeram os vegetais e se infectaram e ficaram doentes.
A infecção pela bactéria E. coli: por que às vezes o sistema imune não dá conta? As cepas viruletas da E.coli têm capacidade de se ligar às células do intestino e invadem e produzem toxinas que se ligam às células do intestino causando dano e alteração na função secretora das células. A toxina penetra na circulação e pode ocorrer uma complicação grave chamada síndrome hemolítico-urêmica que pode levar à morte do indivíduo. Isto ocorre porque a toxina se liga às células endoteliais (presentes nos vasos sanguíneos) principalmente dos rins, cérebro e pele, levando à lesão dessas células e à liberação de diversas citocinas inflamatórias, com recrutamento de neutrófilos que produzem substâncias tóxicas ás células. Também há ativação da cascata do complemento e ação citotóxica à membrana das células. A toxina também induz morte das células vermelhas (hemáceas), levando à anemia, e agregação das plaquetas, gerando problemas de coagulação com sangramento e trombose (púrpura trombocitopênica trombótica), com redução das plaquetas no sangue. Este tipo de complicação ocorre em geral em torno de 10% dos casos de infecção por E. coli que produz toxinas do tipo Shiga, mas nesta cepa atual parece ser em torno de 30%. O tratamento com antibiótico parece até piorar o quadro clínico. O sistema imune não consegue neutralizar a ação das toxinas. Mesmo atuando na eliminação das bactérias, com mecanismos como fagocitose, neutralização com anticorpos, o sistema imune não consegue eliminar as toxinas que penetraram na circulação do sangue. O sistema imune é ativado, gerando muita inflamação que prejudica mais o organismo. Vias de infecção: alimentos, mãos contaminados com material fecal. Entrada via ingestão, ou por manipulação da região do nariz e boca, mesmo sem ingerir. Método de coloração Gram (nome da pessoa que inventou): para diferenciar bactérias quanto a algumas propriedades químicas, presença de alta expressão de peptideoglicano e propriedades físicas da parede celular. Gram positiva: 50-90% de peptideoglicano. Coloração roxa. Gram negativa: 10% de peptideoglicano. Coloração rosa. Importante também na clínica, pois ajuda na determinação da origem das bactérias e orientação no tratamento. Algumas bactérias não se coram por este método. As bactérias E. coli são bactérias gram-negativas. Baseado em: http://www.cve.saude.sp.gov.br/htm/hidrica/Ecolinet.htm; http://www.bt.cdc.gov/HAN/han00322.asp
O que acontece com nosso organismo na infecção pelo HIV ? Todos os vírus, incluindo o HIV, infectam células do hospedeiro e, assim, conseguem sobreviver. Assim que um vírus infecta uma célula, usa a sua maquinaria para reproduzir mais vírus (se replicar) que são liberados e passam a infectar outras células, estabelecendo um ciclo vicioso de infecção e destruição. Os vírus possuem uma relação íntima com suas células hospedeiras. Cada tipo de vírus infecta células específicas do corpo, dependendo da sua interação com determinadas moléculas na superfície das células do hospedeiro. O HIV infecta, principalmente, células do sistema imune que apresentam a proteína CD4 e ou a molécula CCR5, em sua superfície. As principais células que apresentam essas moléculas são: os Linfócitos T, os macrófagos e células dendríticas (DC). Também há vírus circulante no sangue, fora das células. Na infecção pelo HIV, o sistema imune é ativado ajudando a combater a infecção. As células do sistema imune produzem muitas citocinas inflamatórias, os linfócitos B ativados se transformam em plasmócitos e produzem anticorpos contra antígenos do vírus, neutralizando-o, os linfócitos T citotóxicos e as células NK matam células infectadas. Por outro lado, o HIV tem mecanismos de inibição da resposta imune e é suscetível a mutações que geram novas variantes do vírus que podem ser resistentes à resposta imune do hospedeiro. Essa é uma estratégia evolutiva, denominada “mecanismos de evasão”, que possibilita a seleção de formas virais resistentes. Devido a esse mecanismo o desenvolvimento de uma vacina tem sido um grande desafio. É importante lembrar que o excesso de ativação e inflamação também prejudica o organismo e leva à morte células que não estão infectadas.
O Sistema imune na infecção pelo HIV A destruição das células do sistema imune pela infecção pelo HIV pode ocorrer principalmente por 3 mecanismos: (i) pelo efeito direto do vírus, (ii) por indução de apoptose – suicídio da célula infectada, (iii) pela ação dos linfócitos T citotóxicos CD8+ que reconhecem e matam células infectadas. A destruição das células do sistema imune, leva ao desenvolvimento da Síndrome de Imunodeficiência Adquirida (AIDS, do inglês). Quando o indivíduo infectado começa a ficar doente, o número de linfócitos T CD4+ no sangue diminui muito e o indivíduo começa a ter várias infecções e câncer. Isto acontece porque o organismo se torna deficiente na sua capacidade de reconhecer e combater outras infecções e de eliminar células cancerígenas. Nesta hora, é fundamental começar a tratar o indivíduo com medicamentos que inibem a replicação do vírus. Se não tratado, em geral, o indivíduo morre dentro de 1 ano. Hoje, o tratamento pode prolongar muito a sobrevida dos indivíduos, tornando AIDS uma doença infecciosa crônica (infecção crônica). Na infecção pelo HIV, o sistema imune do indivíduo infectado pode reagir de várias maneiras. A grande maioria dos indivíduos infectados pelo HIV desenvolve AIDS, dentro de até 10 anos. Mas, existe um pequeno grupo de indivíduos que mesmo infectado, não desenvolve AIDS (são chamados de “não progressores de longo prazo”). Os cientistas têm estudado muito como o sistema imune desses indivíduos respondem, gerando proteção contra o desenvolvimento da doença. Isso poderá ajudar no desenvolvimento de novos tratamentos e vacinas. Em outras infecções virais, os vírus podem ficar escondidos no organismo por muito tempo (infecção latente) e, em determinadas situações, voltam s se replicar e causam doença. Baseado em: WWW.IAVIREPORT.ORG
ROTEIRO AULA PRÁTICA DE INFECÇÃO 1) Cultura de bactérias e fungos: 1. Cada grupo deve ficar com uma placa estéril feita com meio sólido (ágar) para cultura de bactérias e fungos; 2. Um integrante do grupo deve fazer a contaminação; 3. Esfregar um pouco de algodão úmido na pele (mãos, pés, rosto, embaixo das unhas...), abrir a placa e passar o algodão em toda superfície do ágar cuidadosamente para não rasgá-lo; 4. Esperar secar e fechar a placa. As placas vão para estufas a 37°C por 24h (laboratório). 5. Algumas placas foram contaminadas da mesma maneira e colocadas na estufa a 37°C por 24h. Observar o crescimento de colônias de fungos e bactérias nestas placas. Observe que apesar de não ser possível enxergar uma bactéria ou um fungo, a olho nu, podemos enxergar suas colônias. 2) Impacto da infecção bacteriana no organismo/ células do sistema imune: 1. Hemograma – Analise o resultado destes hemogramas (exame de com contagem das células do sangue) de um indivíduo com infecção viral e de outro com infecção bacteriana. Observe quais são as células que estão em quantidades aumentadas no sangue nos dois diferentes tipos de infecção. Por que há aumento de células? 2. Exame de urina - Analise o exame de Urina I de um paciente com infecção
urinária, prestando
atenção na presença de muitos
leucócitos (superior a 1.000.000/ mL) e eritrócitos (32.000/ mL). Cultura
positiva
para
E.
coli
que
é
a
bactéria
que
frequentemente causa infecção urinária. Porque isto acontece?
mais
Modelo de Hemograma – Infecção Viral Sexo: Feminino Idade: 35 SÉRIE VERMELHA
Valores de Referência
Eritrócitos
5.000.000
4.200.000-5.400.000/mm3
Hemoglobina
14
12-16gg/dL
Hematócrito
40
35-47%
V.C.M.
85
80-100fl
Hb.C.M.
29
26-34pg
C.Hb.C.M.
34
32-36%
RDW
12.7
11.6-14.6%
Material: Sangue total Método: Automatizado Coletado às 8h30min – 14/06/2011
SÉRIE BRANCA Valor Absoluto (mm³)
Valores de Referência
18.000
4.000-11.000/mm³
41
7380
45-75%
4500-7500 mm³
- Mielócito
0
0
0-0%
0 mm³
- Metamielócito
0
0
0-0%
0-500 mm³
- Bastonetes
1
180
0-5%
0-500/ mm³
40
7200
40-80%
2.000-8.000/ mm³
% Leucócitos Neutrófilos Totais
- Segmentados
Eosinófilos
Basófilos
Linfócitos
Monócitos
1
180
1-6%
2-500/ mm³
0
0
0-2%
0-100/ mm³
56
10080
20-40%
20004000/mm³
2
380
2-10%
200-1000 mm³
Valores de Referência CONTAGEM DE PLAQUETAS
350.000
Material: Sangue total Método: Automatizado Coletado às 8h30min – 14/06/2011
140.000-450.000/ mm³
Modelo de Hemograma – Infecção Bacteriana Sexo: Feminino Idade: 32 anos SÉRIE VERMELHA
Valores de Referência
Eritrócitos
4.800.000
4.200.000-5.400.000/ mm³
Hemoglobina
13
12-16g/dL
Hematócrito
43
35-47%
V.C.M.
90
80-100fl
Hb.C.M.
33
26-34pg
C.Hb.C.M.
32
32-36%
RDW
13.7
11.6-14.6%
Material: Sangue total Método: Automatizado Coletado às 8h30min – 14/06/2011
SÉRIE BRANCA
%
Leucócitos Neutrófilos Totais
86
Valor Absoluto (mm³)
Valores de Referência
20.000
4.000-11.000/ mm³
16340
45-75%
4500-7500 mm³
- Mielócito
0
0-0%
0 mm³
- Metamielócito
0
0-0%
0-500 mm³
- Bastonetes
1
190
0-5%
0-500/ mm³
85
16150
40-80%
2.000-7.000/ mm³
- Segmentados
Eosinófilos
Basófilos
Linfócitos
Monócitos
1
190
1-6%
2-500/ mm³
0
0
0-2%
0-100/ mm³
20
3800
20-40%
2000-4000/ mm³
2
380
2-10%
200-1000 mm³
Valores de Referência CONTAGEM DE PLAQUETAS
250.000
Material: Sangue total Método: Automatizado Coletado às 8h30min – 14/06/2011
140.000-450.000/ mm³
Exame de Urina I
Achados normais Cor: varia de palha a amarelo-escuro; Proteína: normal até 0,1 gramas por litro; Hemácias e leucócitos: até 10.000 células por mililitro; Glicose, corpos cetônicos, bilirrubina, hemoglobina, nitritos, fungos e microrganismos: devem estar ausentes; Urobilinogênio, cristais, células epiteliais e algumas bactérias: podem estar presentes em pequenas quantidades.
Conclusão: a presença do grande número de leucócitos e hemácias na urina sugere infecção bacteriana. A cultura de urina confirmou o microrganismo que está causando a infecção: E. coli.
Projeto Imunologia nas Escolas Atividade #2 – Resposta Imune a Infecções Roteiro do professor 1) Vídeo Sistema Imune (até 15 min.) Professor do projeto deve ir falando as principais etapas. 2) Aula teórica – Resposta Imune a Infecções (13 slides) (15min-20min.) Professor do projeto deve ir fazer a apresentação sempre estimulando os alunos a falar o que sabem e o que pensam. Conceitos estruturantes: (i) Revisar componentes do sistema imune e atividades (ii) Microrganismos não patogênicos (microbiota) e patogênicos. tipos de microrganismos Patogênicos (iii) Infecção: o que é. (iv) Meios de contágio – circulação mundial (v) Resposta imune na infecção – resposta inata e adaptativa. Mecanismos de evasão do microorganismo. (vi) Possíveis desfechos da infecção - cura --morte - infecção crônica – infecção latente 3) Discussão das fichas com texto - HIV e E. coli. (40 min) Dividir a turma em grupos. Cada grupo terá um professor do projeto. Algum aluno deve ler a ficha. Recomenda-se ir parando e perguntando aos alunos, envolvendo todo o grupo. Conceitos de palavras marcadas em negrito devem ser discutidos no grupo. 4) Aula Prática - (40 min) (i) Primeira parte – apresentação em Data show Pontos: - Algumas perguntas para estimular discussão. - perguntar quem já teve uma infecção e qual. - Mostrar que tipos de microrganismos causam quais doenças. Apresentar algumas doenças para cada tipo de microorganismo. (ii) Segunda parte - Vamos ver os bichos e alguns efeitos no SI. Dividir a turma em 4 grupos. (a) Cultivo de microrganismos. Contaminar as placas de cultivo de microrganismos. Mostrar as preparadas antes já com os bichos. Pontos: Não enxergamos o microorganismo isolado, mas sim em colônias. Só podemos ver fungos e bactérias. Vírus – outro processo e meio de cultura. Estimular perguntas. (b) Efeito infecção nas células do Sistema Imune Olhar na apostila. Analisar hemograma durante infecção viral e bacteriano. Leucocitose. Linfocitose (viral) neutrofilia (bacteriana). Neste momento, pode-se perguntar de novo o que fazem as células. 5) Teatro resposta imune – (30min.) Distribuir as cartas na turma e desenvolver como pode ocorrer a resposta imune na infecção. Um professor do grupo deve conduzir o processo. Seguindo a seqüência da infecção e os diferentes componentes da resposta imune. Perguntar sempre o que faz tal célula ou tal componente do SI. 5) Avaliação da atividade (5-10min.) Alunos devem responder questionário e dar sugestões.
“Projeto Imunologia nas Escolas” Plataforma de Ensino e Interação com a Sociedade iii-INCT
Jorge Kalil Coordenador do Instituto de Investigação em Imunologia – iii-INCT Verônica Coelho Coordenadora da Plataforma de Ensino e Interação com a Sociedade do iii-INCT
Coordenadores do “Projeto Imunologia nas Escolas” Verônica Coelho Paulo Cunha Sandra Moraes Silvia Sampaio Equipe do “Projeto Imunologia nas Escolas” Ana Carolina Moutatlet Carla Sá Carlo de Oliveira Martins Carolina Lavini Ramos Carol Yuri Graziele Manin Karine Marafigo de Amicis Luiz Fernando Ferraz da Silva Maria Lúcia Carnevale Marin Matheus Costa
Nathália Moreira Santos Tárcio Braga Vinícius Santana Wesley Brandão Colaboradores do “Projeto Imunologia nas Escolas” Aluísio Segurado Edecio Cunha Neto Esper Kallas Nélio Bizzo Paulo Hilário Nascimento Parceiros do “Projeto Imunologia nas Escolas” na Escola Estadual Romeu de Moraes Rosângela Valim Francisco Cardoso Denise Ribeiro Flávia Cheloni Orlando Giarletti Sílvia Alencar Fernanda Palma Russiano Maria Alice N. Souto Jornalistas Responsáveis Cristiane Paião Márcio Derbli