مواضيع المحاضرة: الامراضية
background image

 

1

 

PATHOGENICITY OF MICROORGANISMS 

 

Some microorganisms are : 

1-  Harmless microorganism, as normal flora  

2-  Harmfull microorganism, as pa

t

hogenic. 

A  pathogenic  microorganism  is  defined  as 

one that causes or is capable of causing disease by 

production of toxic, or by colonization on the skin 

or mucous membrane, or by   being introduced into 

a  normally  sterile  body  site,  or  by  infection  of  an 

immunocompromised host. 

Microbial colonization may result in;- 

1-  elimination  of  the  microorganisms  without 

affecting the host. 

2-  infection  in  which  the  organisms  multiply 

and  causes  the  host  to  react  by  making  an  

immune or other type of response. 

3-   Infectious 

diseases 

occurs 

when 

the 

organism causes tissue damage and impaired 

of the body function.

 

 

 

BACTERIAL PATHOGENESIS 

The  in

f

ec

t

ious  process  can  be  divided  in

t

o  several 

stages: 

1-  Entry into the host, with evasion of host primary defenses 

2-  Adhesion of the microorganism to host cells 

3-  Propagation of the organism 

4-  Damage to host cells by bacterial toxins or an inflammatory response of 

'

the host 

5-  Evasion of host secondary defenses  

Pathogenicity of a microorganism depends on its success in completing some 

or all of these stages. 

The characteristics of pathogenic microorganism are virulence factors , antigenic 

switching and infections in human populations. 


background image

 

2

 

 A. Virulence factors 

Virulence  factors  are  those  characteristics  of  a 

bacterium 

t

hat enhance its pathogenicity, that is, the ability to 

cause disease. The more important classes of virulence factors 

are: 

1-  Entry into the host 

2-  Adherence to host cells 

3-  Invasiveness 

4-  Bacterial toxins 

 

1-  Entry into the host:

  

By  one  of  several  parts:  the  respiratory  tract, 

gastrointestinal  tract  (GI),  urogenital  tract,  or  skin  that  has 

been  cut,  punctured,  or  burned.  Once  entry  is  achieved,  the 

pathogen must overcome a diversity of host defenses before it 

can establish itself, include primary host defenses:  

1-  phagocytosis, 

2-  the  acidic  environments  of  the  stomach  and  urogenital 

tract. 

3-  various hydrolytic and proteolytic enzymes found in the 

saliva, stomach, and small intestine. 

Bacteria  that  have  an outer polysaccharide capsule  ( 

for   example     Streptococcus      pneumonia                and  

Neisseria  meningitidis)  have  a  better  chance  of 

surviving these primary host defenses. 

 

2-  Adherence to host cells

This  done  by:  1  pili like  Escherichia  coli,  or  fimbriae 

like  group  A  Streptococcus  ,  2  cell  surface  adhesion 

molecules , 3  particularly hydrophobia cell walls  (Figure 2). 

In each case, adherence enhances virulence by preventing the bacteria from being 

carried away by mucus, or washed from organs with  fluid flow (the urinary and the GI 

tracts) and allows each attached bacterial cell to form a microcolony. 

 Neisseria gonorrhoea in which strains that lack pili are not pathogenic . 


background image

 

3

 

3-  Invasiveness

Invasive  bacteria  are  those  that  can  enter  host 

cells  or  penetrate  mucosal  surfaces,  spreading  from 

the  initial  site  of  infection,  by  several  bacterial 

enzymes,  like  collagenase  and  hyaluronidase

which  degrade  components  of  the  extracellular 

matrix,  providing  the  bacteria  with  easier  access  to 

host  cell  surfaces.  Invasion  is  followed  by 

inflammation, depending on the organism, which can 

be either : 

-  pyogenic  (involving  pus  formation  contains  

neutrophils) . 

-  granulomatous  (having    nodular  lesions 

contain 

fibroblasts, 

lymphocytes, 

and 

macrophages). 

 

4-  Bacterial toxins

Some  bacteria  cause  disease  by  producing 

toxins, the exotoxins and the endotoxins.  

 

a.  Exotoxins:

 

are  proteins  ,    are  secreted  by  both  G+  and 

G –bacteria,  are heat labile or heat stable,  find in  

G+ or G- bacteria , caused septic shock syndrome  

but  not  severe  ,e.g.  diphtheria,  shigella,  cholera,  ,  

tetanus  exotoxin  .    one  microgram  of  tetanus 

exotoxin (produced by Clostridium tetani) can kill an 

adult human. 

Exotoxin.  proteins  have  two  polypeptide 

components  (Figure  3)  ;  one  is  responsible  for 

binding  to the host cell, and one is responsible for the 

toxic  effect.  Diphtheria  toxin  (produced  by  Corynebacterum  diphtheria)  is  an  enzyme 

that blocks protein synthesis.  

Most  exotoxins  are  inactivated  by  heating  (60°C),  heat  labile  toxin  (LT),  

Staphylococcal enterotoxin and E. coli are heat-stable toxin (ST).  


background image

 

4

 

Treatment with dilute formaldehyde destroys the toxic activity of most exotoxins 

but not their antigenicity. Formaldehyde-inactivated toxins, called toxoids, are useful in 

preparing vaccines.  

Exotoxin  proteins  are  encoded  by  genes  carried  on  plasmids  or  temperate 

bacteriophages.  

 

b.  Endotoxins: 

are lipopolysaccharides, are not secreted, but  are integral components in the 

outer membranes of the cell walls of G- bacteria released into the host's circulation 

following  bacterial  cell  lysis  ,  are  heat-stable  ,  find  in  of  G-  but  not  G+  bacteria, 

caused severe septic shock syndrome.  The outer membranes consist of  LPS:     

-  Polysaccharide O (somatic antigen), which its from the exterior cell surface. 

-  lipid  A  that  faces  the  cell  interior,  responsible  for  the  toxicity  of  this  molecule. 

The main physiologic effects of  LPS endotoxins are fever, shock, hypotension, 

and thrombosis, called  as septic shock. These effects are produced indirectly by 

activation of macrophages ,complement and coagulation cascade, with the release 

of cytokines. Death can result from multiple organ failure. 

In G+ bacteria their cell wall, peptidoglycan, can cause a shock syndrome similar 

to that caused by LPS, but usually not as severe. Because the peptidoglycan fragments of 

G+ bacteria are chemically so different from LPS, and are also less potent.  

 

B. Antigenic switching 

A  successful  pathogen  must  evade  the  host's  immune  system  (that  recognizes 

bacterial surface antigens) change its surface antigens by several mechanisms: 

1-  Phase  Variation,

  is  the    ability  of  certain  bacteria  to  turn  off  and  turn  on  the 

expression of genes coding for surface antigens. 

2-  Antigenic  Variation,

  is  the  modification  of  the  gene  for  an  expressed  surface 

antigen,  by  genetic  recombination  with  one  of  many  variable  unexpressed  DNA 

sequences, so the expressed surface antigen can assume many different antigenic 

structures.

  


background image

 

5

 

C. Which is the pathogen? 

If a particular microorganism is isolated from infected tissue, the organism could  

be  a  harmless  member  of  the  normal  skin  flora  or  an  opportunistic  pathogen  (is  an 

organism  that  is  unable  to  cause  disease  in  healthy,  but  cause  disease    in 

immunocompromised individuals ).  

A  nineteenth  century  German  microbiologist,  Robert  Koch,  recognized  this 

dilemma,  and  defined  a  series  of  criteria  (

Koch's  postulates

)  by  which  the  identity  of 

the  causative  microbial  agent  of  a  disease  can  be  confirmed  (Figure  4)  (this  protocol 

fails if the causative organism cannot be cultured in vitro).

 

 

D. Infections in human populations 

Bacterial diseases may be : 

communicable

  from  person  to  person  (For  example,  cholera  caused  by 

Vibrio cholerae is easily spread) 

noncommunicable 

not from person to person (For example botulism is caused by 

Clostridium  botulinum  because  only  those  people  who  ingest  the  botulinum 

exotoxin are affected). Highly communicable diseases, such as cholera, are said to 

be  contagious,  and  tend  to  occur  as  localized  epidemics  in  which  the  disease 

frequency  is  higher  than  normal.  When  an  epidemic  becomes  worldwide,  it  is 

called a pandemic, such as the 1918 influenza because the human population has 

never been exposed to, and, thus, has no immunity against, the specific strain of 

influenza virus. 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dunya Isam
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 177 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل