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Facultad de CienciasUniversidad de Navarra
  
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Biología Celular y molecular de la patogenicidad Bacteriana
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BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR DE LA PATOGENICIDAD BACTERIANA

OBJETIVO
La aplicación de las técnicas de ingeniería genética al estudio de la patogenicidad bacteriana ha abierto un nuevo campo en el análisis de la virulencia a nivel molecular. El conocimiento de la secuencias completas del genoma de importantes patógenos bacterianos y el desarrollo de técnicas de biología celular que permiten estudiar las interacciones entre los microorganismos y las células huésped hacen posible hoy en día poder hablar de nueva disciplina: la microbiología molecular y celular. No cabe duda de que el conocimiento de los mecanismos moleculares de la virulencia bacteriana permitirán identificar nuevas funciones relacionadas con la patogenicidad o con la transmisión de enfermedades infecciosas. Este conocimiento es de incalculable valor para el desarrollo de nuevos medicamentos, vacunas o métodos de diagnóstico necesarios para el control de dichas enfermedades.

PROGRAMA
Defensas del huésped frente al patógeno bacteriano (CG). La piel y las mucosas como primera línea de defensa. Defensas no específicas y específicas. Respuesta frente a patógenos extracelulares e intracelulares.

Factores de virulencia bacterianos (ILG). Virulencia y patogenicidad bacteriana. Colonización e invasión de las superficies del huésped: adherencia, invasión, motilidad, proteasas, sistemas de captación de hierro. Sistemas de evasión del complemento y respuesta de anticuerpos: cápsulas, LPS, enzimas hidrolíticos, evasión de los anticuerpos. Resistencia a la fagocitosis. Factores de virulencia que dañan al huésped: exotoxinas: tipo A-B, desestabilizadoras de membranas, superantígenos; respuesta autoinmune; endotoxina y choque endotóxico. Microbiología celular.

Organización y regulación de los genes que codifican factores de virulencia (ILG). Organización genética. Operon. Plásmidos, fagos, transposones e islotes de patogenicidad: definición, características, transmisibilidad, ejemplos. Regulación. Estructura del operon bacteriano y control de la expresión génica. Amplificación de genes: operon ctxAB de Vibrio cholerae. Reorganización de genes: promotor invertible de la flagelina de Salmonella, variación antigénica de los pili de Neisseria. Regulación de la transcripción: Activación y represión, regulón y estimulón. Ejemplos de regulación de la transcripción: proteína activadora del catabolito (CAP), factores sigma, sistema regulador de dos componentes, represor fur. Efecto del superenrrollamiento del DNA y del grado de metilación en la transcripción. Regulación post-transcripcional.

Estudio experimental de la virulencia bacteriana (GMT). Cepa bacteriana, modelo animal, cultivos celulares. LD50 como medida de la virulencia. Estudio de la colonización e invasión. Identificación molecular de factores de virulencia. Transferencia de genes. Mutagénesis: transposición, fusiones transcripcionales (TnlacZ, ThphoA), signature-tagged mutagenesis (STM), intercambio alélico, IPCRM. Expresión génica: expresión diferencial, tecnología de la expresión in vivo (IVET), differential fluorescence induction (DFI).

Adhesion (ILG). Fimbrias de E. coli: nomenclatura y estructura. Receptor del huésped. Biogénesis de las fimbrias: proteínas chaperoninas y acompañantes. Genética y regulación ambiental.
Variación antigénica y variación de fase (ILG). Pili N-metilfenilalanina y proteínas OPA de membrana externa de Neisseria. Recombinación génica entre los genes pilE y pilS. Regulación de la expresión del pili: genes pilA y pilB. Control de la expresión de los genes opa. Papel de la transformación.
Sistemas de captación de hierro (ILG). Hierro e infección. Transporte de hierro mediado por sideróforos: enterobactina y aerobactina de Escherichia coli. Control de la expresión de proteínas de membrana externa por el hierro. Mecanismo molecular de regulación: el represor Fur. Sistemas de captación de hierro en otras bacterias patógenas.

La endotoxina bacteriana (IMU). Introducción histórica y conceptos. Reconocimiento de lo propio y lo ajeno por los sistemas inmune innato y adaptativo: patrones moleculares (MP) y receptores que reconocen patrones moleculares (PRR). Estructura y función de los LPS “clásicos”. El LPS y el sistema inmune innato. El LPS de los patógenos gram-negativos. Polisacárido O y núcleo del LPS, péptidos bactericidas y complemento. Regulación de la estructura del LPS y virulencia: el caso Salmonella; el caso Yersinia. Cambios adaptativos en el MP del LPS. Variaciones estructurales de tipo constitutivo ligadas a la virulencia.

Biofilms bacterianos (JL). Estructura y fisiología bacteriana en biofilm. Mecanismos de adherencia y formación de biofilm. Biofilm e infección. Infección asociada a cuerpos extraños. Resistencia de las bacterias en biofilm a los agentes antimicrobianos. Biofilm y sistema inmune.

Sistemas de dos componentes (ILG).
Microbiología celular II (ILG). Estrategias bacterianas para la supervivencia intracelular. Sistema regulador phoP/phoQ de Salmonella. Resistencia a péptidos catiónicos bactericidas en Salmonella. Resistencia intracelular en Mycobacterium: peculiaridades de la pared celular. Factores genéticos del huésped. Citolisinas de patógenos intracelulares.

Sistemas bacterianos de secreción de proteínas (MIC). El paso a través de la membrana interna; la vía general de secreción Sec. El paso a través de la membrana externa. Características y diferencias de los diferentes mecanismos de secreción: Tipo I, Tipo II, Tipo III, Tipo IV. Relación entre los sistemas de secreción y la organización de sistemas macromoleculares en la superficie celular bacteriana. Sistemas de secreción de tipo III y la inyección de proteínas. Un nuevo mecanismo de patogenicidad común a patógenos de animales y vegetales. Yersinia como arquetipo de secreción de tipo III. Comparación de los diversos sistemas de tipo III. La relación de la secreción de tipo III y el ensamblaje de los flagelos. Aplicaciones prácticas del sistema de secreción tipo III. Los sistemas de secreción de tipo IV. La adaptación de un sistema de conjugación bacteriana a la secreción de proteínas inductoras de procesos patógenos. El caso de Agrobacterium tumefaciens, Bordetella pertussis y Helicobacter pylori. Aplicaciones prácticas del sistema de secreción de tipo IV.

Exotoxinas bacterianas (MIC). Formadoras de poros en las membranas, con actividad ADP-ribosilante, que interfieren en la transducción de señal en el interior de la célula eucariota, toxinas de la familia RTX, que afectan el tracto gastrointestinal: la toxina de Vibrio cholera. Cytolethal distending toxin family. Utilización de toxinas como vacunas o con otros fines terapéuticos. Patógenos que producen toxinas que inducen una respuesta inmunitaria excesiva y dañina para el huésped.

Microbiología celular I. Bacterias y apoptosis. (MIC). Interferencia en la transducción de señales reguladoras del funcionamiento de la célula eucariota: Yersinia, Shigella, Salmonella, etc.... Inducción de apoptosis o muerte celular programada: apoptosis inducida por Yersinia, Shigella, Salmonella, y otros patógenos. Bacterias inductoras de procesos cancerígenos: Helicobacter pylori, Bartonella henselae, Agrobacterium tumefacines.

Microbiología celular II. Interacción de las bacterias con el citoesqueleto de la célula eucariota: invasión y mecanismos para evitar la fagocitosis. (MIC). Capacidad de las bacterias para inducir modificaciones en el citoesqueleto de la célula eucariota. Entrada en la célula diana y diseminación intercelular: Salmonella, Shigella, EPEC y Listeria. La estrategia desarrollada por Bartonella henselae un nuevo mecanismo de invasión. Listeria monocytogenes como modelo de expansión intercelular.

Mecanismos desarrollado por la bacterias para escapar al sistema inmune. (MIC).

OBJETIVOS PEDAGÓGICOS
La aplicación de las técnicas de ingeniería genética al estudio de la patogenicidad bacteriana ha abierto un nuevo campo en el análisis de la virulencia a nivel molecular. El conocimiento de la secuencias completas del genoma de importantes patógenos bacterianos y el desarrollo de técnicas de biología celular que permiten estudiar las interacciones entre los microorganismos y las células huésped hacen posible hoy en día poder hablar de una nueva disciplina: la microbiología molecular y celular. No cabe duda de que el conocimiento de los mecanismos moleculares de la virulencia bacteriana permitirá identificar nuevas funciones relacionadas con la patogenicidad, la interacción bacteria-célula eucariota y la transmisión de enfermedades infecciosas. Este conocimiento es de incalculable valor para el desarrollo de nuevos medicamentos, vacunas o métodos de diagnóstico necesarios para el control de dichas enfermedades.

METODOLOGÍA
Clases magistrales impartidas mediante el empleo de transparencias, videos, diapositivas o presentaciones Power Point.
Se estimula la participación de los alumnos para la discusión de los temas más relacionados con sus proyectos de investigación.
La asistencia a clase es obligatoria

CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Examen escrito donde se pide la elaboración de un tema que permita relacionar los distintos aspectos estudiados.

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
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2. Alouf, J.E., and Freer, J.H. (eds). 1999. The comprehensive sourcebook of bacterial protein toxins 2ºed. Academic Press.
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4. Brogden, K.A., Roth, J.A., Stanton, T.B., Bolin, C.A., Minion, F.C., Wannemuehler, M.J. (eds.). 2000 Virulence mechanisms of bacterial pathogens. 3ºed. ASM Press
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30. Wilson M., R. McNab, y B. Henderson. 2002. Bacterial disease mechanisms. An introduction to cellular microbiology. Cambridge University Press.

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2005 Universidad de Navarra :: Facultad de Ciencias
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