Patogenita a virulence
Faktory virulence
Průběh a formy infekce
Filip Růžička
Mikrobiologický ústav LF MU a FN u sv. Anny v Brně
Přednáška pro ZL 2021
Symbióza - těsné soužití dvou rozdílných organismů
Mutualismus – oba partneři mají ze soužití užitek
a sami o sobě nemohou přežít
Komensalismus – vztah pro jednoho prospěšný,
pro druhého indiferentní
Saprofytizmus – výživa z odumřelých částí hostitele
Parasitismus – jednomu vztah prospívá, druhému
škodí → důsledek = patogenita
Infekce (nákaza) – vztah (konflikt) mezi patogenními
mikroby a makroorganismem (= hostitelem)
Původce (etiologické agens)
a) pronikne do organismu a množí se v něm,
nebo se usadí a na površích
b) nepříznivě působí
Kolonizace = stav, kdy tělesný povrch
1) osídlí nepatogenní mikrob, nebo
2) usazený tam patogen nevyvolává chorobné
příznaky
Hippokratova fyziologická theze:
Choroba (každá, tedy i infekční) - důsledek jistých
nedostatků organismu
Pasteurova a Kochova mikrobiální antitheze:
Příčinou infekční choroby je mikrob
Ekologická syntéza (syntéza předchozích)
Za vznik infekční choroby odpovídají: mikrob, hostitel a
prostředí
Vztah mikrob  hostitel
Je dynamický a je ovlivňován prostředím
mikrob hostitel
prostředí
Onemocnění není pravidlem (pro parazita bývá výhodnější
pokojné soužití)
Hostitel se snaží parazita zbavit, nebo aspoň lokalizovat
odolnost
infekční dávka
patogenita (virulence)
….
specifická imunita
nespecifická odolnost
věk, výživa, způsob života
….
vliv počasí, hygiena
Vektory, vstupní brána infekce, ….
Patogenita
Schopnost mikroba vyvolat onemocnění, tj. přítomny
chorobné příznaky (manifestní infekce, otravy).
Vlastnost druhová - závisí jak na druhu mikroba i hostitele
(vnímavý či rezistentní vůči konkrétnímu mikroorg.)
Přímé poškození / Toxicita / Hypersenzitivní reakce
Patogeny primární - obligátní
→ onemocnění i u jinak zdravých jedinců
hlavně původci klasických nákaz (záškrt, břišní tyf, mor,
kapavka, tetanus, chřipka, spalničky atd.)
Patogeny oportunní - fakultativní
(často příslušníci normální mikroflóry, jinak nepatogenní)
→ nemoc vzniká jen za určitých podmínek :
- když se mikroby dostanou na jiné místo těla
- sníží se obranyschopnost jedince
Oportunní infekce = infekce na oslabeném terénu, často sekundární
(HIV  CMV infekce, kandidóza, herpes zoster aj.)
Virulence
stupeň (míra) patogenity určitého kmene mikroba
(!!! patogenita je vlastnost jistého druhu mikroba, který může mít kmeny
vysoce virulentní i téměř avirulentní)
Projevy virulence závisí také na stupni odolnosti infikovaného jedince
Ukazatel virulence kmene: schopnost usmrtit - 50% letální dávka (LD50)
- množství mikroba, které usmrtí přesně ½ pokusných zvířat)
Zesílení virulence: opakovanými pasážemi kmene na témže hostiteli
(vysoce virulentní bývají kmeny z pitevního materiálu); změna populace
hostitele
Atenuace: umělé oslabení virulence (atenuované kmeny slouží k přípravě
očkovacích látek neboli vakcin)
Hlavní složky patogenity a virulence
1. Kontagiozita (nakažlivost) – schopnost
přenášet se mezi hostiteli
2. Invazivita
- schopnost vstoupit do hostitele, množit
se v něm a šířit se jím
- schopnost překonávat obranu hostitele
3. Toxicita – schopnost poškozovat hostitele
Kontagiozita
Způsob přenosu - zejm. na způsobu vylučování a množství vylučovaných
mikrobů
Tenacita mikroba – (stabilita v prostředí)na jeho odolnosti vůči zevnímu
prostředí
Minimální infekční dávka - počet mikrobů nutných ke vzniku infekce
 - V. cholerae, salmonely (cca 108 bb.)
 - shigely (102 bb.), gonokoky a TBC (101bb.), Coxiella burnetii (100)
Vstupní brána: obecně sliznicemi proniká infekce snáz než pokožkou
Chování hostitele – zneužití obranných reflexů (kašel, kýchání, průjem)
T. gondii – infikovaní hlovavci ztrácejí strach z koček
Invazivita
Vstup do hostitele – překonání bariér (vč. konkurence komenzálů)
Adheze - specifické adheziny a fimbrie, extracelulární polymerní
matrix
Penetrace - invaziny a penetrační faktory
- vynucená fagocytóza (internalin L. monocytogenes)
Vstupní brány: Sliznice respiračního traktu
Sliznice zažívacího traktu
Sliznice urogenitálního traktu
Jiné sliznice (spojivka)
Placenta
Kůže včetně podkoží
- neporušená
- rána - kůže (S. aureus, Str. pyogenes, B. anthracis,
F. tularensis, virus bradavic)
- sliznice (T. pallidum, HBV, HIV)
- pokousáním (v. vztekliny, P. multocida)
- bodnutím členovce (arboviry, borrelie,plasmodia)
Schopnost množit se in vivo
Intracelulární množení - výhodnější – živiny, ochrana pře imunitou
(mykobakteria, rickettsie, chlamydie, listerie, i salmonelly)
Extracelulární množení – zvl. v plasmě vadí protibakteriální látky
(komplement, lysozym, protilátky), ale především málo volného
železa (laktoferin, transferin), k získání Fe si bakterie tvoří
siderofory, hemolyziny……
Schopnost šířit se organismem
Infekce lokální (rýma, salmonelóza, kapavka)
systémové (chřipka, meningitida)
generalizované (spalničky, břišní tyf)
Způsob šíření:
lymfou,
krví,
per continuitatem,
podél nervů, ….. aj.
Toxicita
Schopnost mikroba poškozovat svého hostitele účinkem
svých produktů - toxinů
Způsob účinku: buněčná smrt v důsledku lýzy buňky či
apoptózy metabolické postižení (choleragen, tetenospasmin aj.)
Endotoxiny - součást mikrobiální buňky – do okolí se uvolní po rozpadu bb.
Exotoxiny - proteiny secernované do okolí mikroba
Možno dělit i dle mechanizmu účinku
Invaziny - faktory průniku
Agresiny - toxiny poškozující mezibuň. hmotu
- cytolyziny
- blokátory syntézy proteinů
- toxiny farmakologicky účinné - účinkující na membráně
- účinkující intracelulárně
Moduliny (modulace imunitních mechanizmů) - endotoxiny, super-Ag
Impediny - únik před imunitou
Endotoxiny - součást mikrobiální buňky
imunomodulační efekt (moduliny)
(G-) endotoxin buněčné stěny (TLR4)
(Jarisch-Herxheimova reakce po ATB)
(G+) fragmenty peptidoglykanu (TLR1,2,6)
a teichoových kyselin (TLR4)
aj……
PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns)

PRRs (Pattern Recognition Receptors) - TLR
→ pyrogeny (makrofágy → IL1,IL6, TNF)
→ aktivace makrofágů a B-Ly
→ aktivace komplementu (C3a, C5a)
→ hemokoagulační systém
zánět

endotoxický šok
Exotoxiny - proteiny secernované do okolí mikroba
Toxiny poškozující mezibuněčnou hmotu (hyaluronidáza)
Toxiny poškozující (destruující) membránu - cytolyziny
Toxiny účinkující na membráně – po vazbě na receptor
interferují s přenosem signálů v hostitelské buňce
Termostabilní enterotoxiny (stimulace guanylátcyklázy
→  cGMP → proteinkináza G → průjem)
Superantigeny (přímá vazba na TCR a MHC třídy II
APC → aktivace Tly )
Toxiny účinkující intracelulárně
AB toxiny - Active (enzym)-Binding (vazebná a
průniková komponenta)
Účinek na cílové orgány/struktury
• Neurotoxiny (botulotoxin, tetanospasmin)
• Enterotoxiny (choleragen, termolabilní a termostabilní enterotoxiny
E. coli, stafylokokové enterotoxiny, enterotoxin C. perfringens,
enterotoxiny Bacillus cereus aj.)
• Dermonekrotoxiny (difterický, stafylokokový alfa toxin aj.)
• Cytotoxiny (Clostridium difficile aj.)
• Kardiotoxiny (difterický toxin aj.)
• Kapilarotoxiny (A. haemolyticum, C. ulcerans, B. anthracis aj.)
• Hemolyziny, leukocidiny (Panton-Valentinův leukoidin S. aureus aj.)
• Superantigeny (streptokokové pyrogenní toxiny,
stafylokokový toxického šoku – TSST1 aj.)
Faktory průniku - invaziny
Toxiny poškozující mezibuněčnou hmotu
Hyaluronidáza
DNAasa
Streptokináza – fibrinolysin
Kolagenázy
Elastázy
Cytolyziny
Cytolyziny - poškozují membrány → lýza buněk
Fosfolipázy
Toxiny vytvářející v membránách póry - průchod iontů →
narušení membránového potenciálu → apoptóza či osmotický lýza
α-lyzin S. aureus (monomer → vazba na membránu
→ heptamer - prekomplex → pór 1 nm)
Oxigenlabilní hemolyziny - streptolysin O, pneumolyzin, listeriolysin O,
tetanolysin, cereolyzin O (monomery → vazba na cholesterol →
polymerizace v membráně → pór 30 nm)
Proteázy – narušení membránových proteinů (Porphyromonas gingivalis)
Povrchově aktivní látky – δ-lzyin S. aureus
PLC α-toxin C. perfringens
-lyzin S. aureus
(sfingomyelin)
PLD - Arcanobacterium hemolyticum
PLA - (zevní membrána - metabolismus)
Farmakologicky účinné toxiny
Obvykle toxiny typu A-B
Neurotoxiny
Tetanospasmin – vstup nervosvalovými spojeními → retrográdní
axonální transport → CNS
Složka B - vazba na disialogangliosidy (GD2 a GD1b) na membráně
neuronu
Složka A – Zn-endopeptidáza → degradace synaptobrevinu →
znemožňuje uvolňovat inhibiční neurotransmitery GABA a glycin.
Botulotoxin
Ze střeva → krev → nervosvalové ploténky
→ blokuje uvolňování acetylcholinu
Toxiny s transferázovou aktivitou
Katalyzují ADP-ribosylaci cílového proteinu v buňce
Ovlivňují koncentraci cAMP, příp. cGMP
Cholerový toxin (A-B5 toxin)
Složka B - vazba monomerů na gangliosidy
→ polymerizace (pentamer) → internalizaci složky A
Složka A - ADP-ribosyltransferáza → ribosylace G-proteinu
(neinhibuje adenylát cyklázu) → cAMP → zábranu absorpce
sodíkových iontů → ztráty chloridových iontů a vody → průjem
Pertusový toxin (A-B5 toxin)
Složka B - 1. vazba na receptor - polymerizace - tvorba kanálku skrze
membránu
Složka A - ADP-ribosyltransferáza → ribosylace G-proteinu (neinhibuje
adenylát cyklázu) → cAMP → senzibilizace buňky pro histamin,
lymfocytóza a leukocytóza, + buň
Difterický toxin
Blokátory syntézy proteinů
Difterický toxin – 58 kDa protein (toxiny typu A-B)
Složka B: doména R - vazba na receptor,
doména T - tvorba kanálků skrze membránu
Složka A: doména C - ADP-ribosyltransferáza - vazba ADP-ribózy na
elongační faktor 2 → blok proteostyntézy
→ + buňky
→ nekrózy kůže /rány/ a sliznic /pablány/, po průniku do organizmu
poškozuje i další buňky, např. kardiocyty
Shigatoxin a shiga-like toxin (EHEC)
5 vazebných jednotek - vazba na receptor Gb3 (enterocyty, ledviny,
CNS)
katalytická jednotka → odštěpí specifický adenin z 28S rRNA na 50S
→ blok proteostyntézy
→ dyzenterie, hemolyticko-uremický syndrom
Komplexní toxin Bacillus anthracis
Protektivní faktor - průnik do buňky
Edematogenní faktor - Ca2+ calmodulin dependentní
adenylátcykláza -  cAMP
Letální faktor - Zn-proteináza inaktivující MAP kinázu
regulující proliferaci buněk
Superantigeny
antigeny, které nevyžadují pro svou interakci s imunitním systémem
zpracování antigen prezentujícími buňkami
Enterotoxiny (S. aureus, B. cereus, Clostridium aj…)
Toxin toxického šoku St. aureus
Pyrogenní toxiny Str. pyogenes
Dvě vazebná místa
receptory Th lymfocytů (TcR)
beta2-doménu MHC II makrofágů
→ polyklonální aktivaceT-buněk
(superantigeny interagují asi s 20-25% T lymfocytů
x konvenčních antigeny < 0,001%)
→ produkce prozánětlivých cytokinů IL-2, IFN- a TNF-
+ aktivace makrofágů produkujících IL-1 a TNF-alfa.
→ indukce celkové obranné reakce – septicko-toxický šok
Překonávání obranných mechanismů host.
Populační expanze
Odolnost vůči nespecifické imunitě
Poškození bariér a očistných mechanizmů - např. poškození
řasinkového epitelu (H. influenzae, B. pertussis, v. chřipky aj.)
Schopnost odolávat účinku komplementu - zábrana
aktivace (pouzdro, O-Ag, inhibitory aktivace…)
Interference s funkcí cytokinů (interferon //: HIV, HBV, E-BV)
Molekuly vázající Fe (siderofory - např. enterobaktin a enterochelin)
Schopnost odolávat fagocytóze
- zábrana fagocytózy (např. pouzdro)
- přežití fagocytózy (např. kataláza)
- poškození fagocytů a PMN (např. perforiny:
Panton-Valentine leukocidin u S. aureus)
Inhibice interakce s mikrobicidními kationickými proteiny
(např. proteázy, změna LPS +náboje)
Odolnost vůči specifické imunitě
Skrývání mikroba
- intracelulární patogeny
- kolonizace imunologicky privilegovaných míst (méně Ly, Compl. aj.)
např. kůže, sliznice, CNS, klouby, placenta, abscesy aj.
Antigenní mimikry (S.pyogenes - , treponema - kardiolipin)
Ukrývání povrchových antigenů
Fc receptory (protein A stafylokoků aj.), schistosomy (MHC Ag, Ag.
krevních skupin)
Antigenní proměnlivost (trypanosomy, chřipka, kapavka….)
Navození tolerance
Kongenitální infekce – zarděnky, lues, CMV
Produkce    Ag → CIK; slabá imunitní odpověď na některé Ag,
potlačení Th1 či Th2 odpovědi (TBC: IL4 →Th2)
Potlačení imunitní reakce - imunosuprese (HIV, EBV, CMV spalničky,
TBC, ….)
Neutralizace protilátek – proteázy štěpící Ig, bakteriální Fc receptory
Poškození hostitele v průběhu infekce
Přímé - přímé působení patogena - agresiny a invaziny aj.
Nepřímé
Aktivace nespecifické imunity – moduliny (např. endotoxín, TSST1 toxin
a další superantigeny) či hyperaktivace komplementu
→ cytokiny → poškození zánětem (septický šok, infekce CNS –
edém, mozku, epiglottitis, poškození tkání aj.)
Aktivace specifické imunity
Přecitlivělost I. typu: B Ly → IgE → anafylaktický šok (Echinococcus)
Přecitlivělost II. typu: B Ly → IgG a IgM → aktivace komplementu či
cytotoxických leukocytů (viry, malárie)
Přecitlivělost III. typu: imunokomplexy (glomerulonefr. u S. pyogenes )
Přecitlivělost IV. typu: ThLy → cytokiny → aktivace makrofágů →
tvorba granulomů – TBC, lepra, syfilis, aktinomykóza, lymphogran.
venereum, Toxocara aj. )
Autoimunita – zkříženě reagující PL (revmatická horečka S. pyogenes)
Nádorová onemocnění
Helicobacter – Ca žaludku
HBV, HCV – Ca jater
HIV - imunosuprese
HTLV-1 – T buněčná leukémie / lymfom
EBV - Burkitův lymfom, nasofaryngeální karcinom, Hodgkinův
lymfom
Papilomaviry – Ca děložního čípku, bradavice
HHV-8 – Kaposhiho sarkom
Polyomaviry - ?
Adenoviry - ???
Patogeneze
vysvětluje vznik a vývoj chorobných příznaků (nemoci)
Průnik a šíření agens v makroorganismu
vstupní brána - sliznice, kůže, rána, placenta….
místa primárního množení (kolonizace, často okolí vstupní brány)
vlastní šíření (rozsev agens)- lymfa, krev, per continuitatem, nervy ….
cílový orgán (typicky u hepatitid)
místa vylučování z makroorganismu (nemusí se shodovat se vstupní
branou)
Mechanismy obrany proti němu
Vlastní příčiny chorobných příznaků:
a) přímo infekční agens
b) reakce makroorganismu na něj
Průběh infekce
Získání infekce – vstupní brána
Inkubační doba - období mezi vstupem nákazy a
vypuknutím choroby
Prodromy - ne vždy, nespecifické příznaky ( t,
cefalea, pocit nemoci aj.), hodiny - dny
Syndrom infekční choroby – klinické příznaky
Rekonvalescence - od ústupu potíží do
normalizace nálezů
Relaps
původce stejný, infekce vzplane znovu během
rekonvalescence
Recidiva
původce stejný, zůstává v těle, infekce vzplane
znovu až po uzdravení
(nemoc Brillova-Zinsserova = recidiva skvrnivky)
Reinfekce
nová infekce stejným původcem zvenčí
Superinfekce
nasedající infekce (jiný původce)
HBV → HDV
Formy infekce
• Inaparentní - bezpříznaková
jediným důsledkem: tvorba protilátek
• Manifestní - klinicky zjevná
subklinická: jen necharakteristické
příznaky
abortivní: jen některé typické příznaky,
či jen málo vyjádřené
klinická: typické příznaky jako z učebnice
fulminantní: velmi prudká, s dramatickými
příznaky
Trvání infekce
Fulminantní - bleskový průběh
hodiny (meningokoková sepse)
Akutní: dny (rýma, salmonelóza)
až týdny (většina infekcí)
Subakutní: měsíce – buď jako komplikace,
nebo jako pravidlo
(některé hepatitidy,bradavice, sepsis lenta)
Chronická: roky (tbc, lepra, dermatomykózy,
parazitózy)
Rozsah infekce
Lokální: brána vstupu + regionální uzliny, ev.
jen určitý orgán (rýma, dermatomykóza,
bradavice, nekomplikovaná kapavka, orgánový
absces)
Systémová: celý orgánový systém (chřipka,
plicní tbc, meningitida, rozsáhlá pyodermie,
pyelonefritida, adnexitida)
Generalizovaná: pravidelně (exantematické
virózy, břišní tyf, skvrnivka), nebo jako komplikace
(sepse po poranění, při cystitidě nebo
cholecystitidě, salmonelóza kojence)
Bezpříznakové chronické infekce
Obojí jsou známkou selhání imunity
Obojí se mohou aktivovat
1. latentní: agens se skrývá v neinfekční formě,
resp. uvolňuje se z infikované buňky jen po
aktivaci infekce
(HSV a VZV: bb. nervových ganglií, CMV: bb.
ledvin a slinných žláz, EBV: lymfocyty)
2. perzistentní: agens lze dokázat běžnými
postupy, protože je většinou přítomno v infekční
formě (Salmonella Typhi, TBC, HBV,
Toxoplasma gondii )
primární × sekundární: na první (primární)
infekci nasedá infekce sekundární
(superinfekce) vyvolaná jiným mikrobem
primární × postprimární: u TBC, u infekce
postprimární je již vyvinuta pozdní
přecitlivělost
primární × rekurentní: při latentních infekcích,
např. VZV: primární = varicela
rekurentní = herpes zoster
Nosokomiální = v souvislosti s pobytem v
nemocnici, často zároveň
oportunní
Iatrogenní = způsobená lékařským zákrokem
Komunitní = infekce získaná v běžné populaci
(v terénu)
Exogenní: agens vniká do těla zvenčí
Endogenní: agens = příslušník normální
mikroflóry (onemocnění není přenosné a
nelze u něj stanovit inkubační dobu)
Pyogenní: vyznačuje se přítomností hnisání
Specifická: obvykle infekce s typickým
patologicko-anatomickým nálezem
(granulomy), např. syfilis nebo TBC
Antroponózy = infekce přenosné pouze mezi
lidmi (břišní tyf, shigelózy, exantematické
virózy, pohlavní nákazy aj.)
Zoonózy = infekce přenosné z živočichů na
člověka i naopak (salmonelózy, tularémie,
lymeská borrelióza, klíšťová encefalitida,
trichofycie aj.)
Sapronózy = infekce přenosné z prostředí, v
němž se agens aktivně množí (tetanus,
legionelóza, histoplazmóza, amébová
meningoencefalitida aj.)
Aktivní: stále ještě probíhá, i když třeba již bez
zjevných příznaků
Odeznělá: bez známek aktivity procesu, ale zbývají
následky nebo alespoň protilátky
Recentní: nedávná, proběhlá zhruba před několika
týdny
Tyto přívlastky jsou typické pro interpretaci
serologických nálezů
Teorie fokální infekce
chronická infekce omezená na určité ložisko (fokus)
→ následek - systémové onemocnění s příznaky,
často v jiném místě
• revmatická horečka – zánět srdce, ledvin a kloubů po infekci
mandlí Streptococcus pyogenes
• Reiterův syndrom – reaktivní artritida po
1. sexuálně přenesené urogenitální infekci Chlamydia
trachomatis serotypy D-K
2. infekci střev způsobené patogeny z rodů Salmonella,
Shigella, Yersinia nebo Campylobacter
• hemolyticko-uremický syndrom po střevní infekci
Escherichia coli serotyp O157:H7
• sterilní mykidy např. dermatomykózy
Výsledek infekce
patogenita druhu
virulence kmene
vysoká dávka
neobvyklá brána
přílišná reakce
 druhová rezistence hostitele
 nespec. odolnost jedince,
 rizikové faktory a funkční či
anatomické poruchy
 specifická imunita a její kvalita
V Uzdravení s následky
obrny po encefalitidě, hluchota po otitidě,
jizvy po abscesech, kaverny po plicní tbc
Perzistentní infekce
nestačí-li imunitní systém agens odstranit
Úplné uzdravení
(restitutio ad integrum)
banální respirační,
urogenitální, střevní i
dětské generalizované
infekce
Úmrtí
(exitus letalis)