Microbiologia i Immunologia: Arqueus, Bacteris, Virus i Resposta Immunitària

Microorganismes Procariotes i Virus

1. Arqueus vs. Bacteris

a) Quines són les diferències entre els arqueus i els bacteris?

Les principals diferències són:

• Paret cel·lular: Els arqueus no tenen mureïna a la seva paret cel·lular, a diferència dels bacteris.
• Condicions de vida: Alguns arqueus poden viure en condicions extremes (com temperatures molt altes), cosa que els bacteris generalment no poden fer.
• Membrana plasmàtica: La membrana dels arqueus està feta d'èters d'isoprè, mentre que la dels bacteris és d'èsters d'àcids grassos.
• Ribosomes: Els ribosomes dels arqueus són més semblants als eucariotes que als bacterians en mida i composició.
• Flagels: Els flagels dels arqueus són més simples estructuralment i es mouen de manera diferent als bacterians.

b) Com es classifiquen els bacteris segons la seva paret?

Els bacteris es classifiquen principalment en dos grups segons la seva estructura de paret cel·lular, identificable mitjançant la tinció de Gram:

• Grampositius (G+):
  • La seva paret cel·lular és una capa gruixuda i monoestratificada de mureïna.
  • Exemples: estreptococs, estafilococs i bacteris acidolàctics.
  • En una representació gràfica (com la imatge associada), es veuria una capa de mureïna gruixuda i uniforme al voltant de la membrana plasmàtica.
• Gramnegatius (G-):
  • La seva paret té una capa prima de mureïna situada entre la membrana plasmàtica i una membrana externa addicional (semblant a la plasmàtica, rica en lipopolisacàrids - LPS).
  • Exemples: bacteris fixadors de nitrogen, cianobacteris i enterobacteris.
  • En una representació gràfica, es mostraria una capa de mureïna més prima, envoltada per una membrana externa complexa.

2. Estructura dels Virus

a) Què representa la imatge de la dreta?

La imatge representa diferents morfologies de virus, il·lustrant la diversitat estructural:

• Virus bacterians (bacteriòfags)
• Virus vegetals
• Virus animals
• Detall d'una càpsida icosaèdrica.

b) Identifica les parts assenyalades i explica'n la composició i funció

A = Genoma víric:

Conté la informació genètica del virus. Pot ser una o diverses molècules de DNA o RNA (mai tots dos alhora), de cadena simple o doble, lineal o circular.

B = Càpsida (helicoidal en l'exemple):

Coberta de proteïnes (formada per unitats anomenades capsòmers) que embolcalla i protegeix el genoma víric. Determina la forma del virus.

El conjunt del genoma víric (A) i la càpsida (B) s'anomena nucleocàpsida.

3. Cicles de Multiplicació Vírica

La imatge il·lustra els dos cicles principals que utilitzen molts virus (especialment bacteriòfags) per multiplicar-se:

Cicle Lític:

Els virus que segueixen aquest cicle provoquen la destrucció (lisi) de la cèl·lula hoste que infecten. Els bacteriòfags virulents realitzen aquest cicle.

1. Fixació: Els bacteriòfags s'adhereixen a receptors específics de la superfície de la cèl·lula hoste.
2. Penetració: El bacteriòfag perfora la paret cel·lular del bacteri i injecta el seu genoma en el citoplasma bacterià. La càpsida queda fora.
3. Replicació i Síntesi: El genoma del virus pren el control de la maquinària cel·lular de l'hoste per replicar el seu material genètic i sintetitzar les proteïnes víriques (components de la càpsida, enzims...).
4. Acoblament: Les noves molècules de genoma víric i les proteïnes s'acoblen espontàniament per formar noves partícules víriques (virions).
5. Alliberament (Lisi): Els nous virus produeixen enzims (com lisozims) que trenquen la paret i la membrana de la cèl·lula hoste, provocant la seva lisi i l'alliberament dels nous virions, que poden infectar altres bacteris.

Cicle Lisogènic:

Els virus que presenten aquest cicle (virus temperats) no destrueixen immediatament la cèl·lula en infectar-la. El seu genoma s'integra en el genoma de la cèl·lula hoste (formant un pròfag) o es manté com un plasmidi.

• El genoma del virus (pròfag) pot mantenir-se latent durant diverses generacions de la cèl·lula hoste, replicant-se juntament amb el DNA de l'hoste.
• Un estímul determinat (ex: llum UV, agents químics) pot induir la separació del genoma del virus del genoma cel·lular.
• Llavors, el genoma del virus inicia un cicle lític, portant a la producció de nous virions i la lisi cel·lular.
• Mentre la cèl·lula posseeix el pròfag, és immune a noves infeccions pel mateix tipus de virus.

4. Mecanismes de Transferència Horitzontal en Bacteris

Són mecanismes que permeten als bacteris intercanviar material genètic entre cèl·lules no descendents, contribuint a la variabilitat genètica i l'adaptació (ex: resistència a antibiòtics). Els tres tipus principals són:

1. Transformació: Un bacteri capta fragments d'ADN lliure presents en el medi ambient (normalment provinents de la lisi d'altres bacteris) i els pot incorporar al seu propi genoma per recombinació.
2. Transducció: Un virus bacteriòfag actua com a vector. Durant el cicle víric, pot empaquetar accidentalment fragments d'ADN del bacteri hoste original. Quan aquest virus infecta un nou bacteri, li transfereix aquest ADN bacterià. Pot ser:
   • Generalitzada: Qualsevol fragment d'ADN bacterià pot ser transferit (associada al cicle lític).
   • Especialitzada: Només es transfereixen gens bacterians propers al lloc d'integració del pròfag (associada al cicle lisogènic).
3. Conjugació: Transferència directa de material genètic (sovint un plasmidi, com el plasmidi F) d'un bacteri donador a un receptor a través d'una estructura anomenada pilus sexual, que estableix un pont citoplasmàtic temporal entre les dues cèl·lules.

El Sistema Immunitari

1. Mecanismes de Defensa Inespecífics (Immunitat Innata)

a) Què són els mecanismes de defensa inespecífics?

Els mecanismes de defensa inespecífics, també coneguts com a resposta immunitària innata, són el conjunt de mecanismes biològics que constitueixen la primera línia de defensa del cos contra agents patògens (bacteris, virus, fongs) i substàncies estranyes. Es denominen "inespecífics" perquè no reconeixen un patogen concret, sinó que actuen de manera general contra una àmplia gamma de microorganismes i molècules nocives. Aquesta resposta és immediata i està sempre activa, protegint el cos sense necessitat d'una exposició prèvia al patogen.

b) Elements que constitueixen les barreres primàries

Les barreres primàries impedeixen físicament i químicament l'entrada de patògens:

• Pell:
  • Barrera física: El gruix de l'epidermis i la seva contínua descamació eliminen microorganismes adherits.
  • Barrera química: Les secrecions de les glàndules sebàcies (sebum) i sudorípares (suor) creen un pH àcid i contenen substàncies antimicrobianes (com àcids grassos) perjudicials per a molts microorganismes.
  • Barrera biològica: La microbiota cutània (flora normal de la pell) competeix amb els patògens per espai i nutrients, impedint-ne l'establiment.
• Mucoses i Secrecions:
  • Secrecions mucoses: El moc que recobreix les vies respiratòries, digestives i urogenitals atrapa microorganismes i partícules estranyes. A les vies respiratòries, els cilis mouen el moc cap a l'exterior per ser expulsat (tos, esternuts).
  • Secrecions enzimàtiques: El lisozim, present a la saliva, llàgrimes i secreció nasal, destrueix la paret cel·lular d'alguns bacteris.
  • Secrecions àcides: El pH molt àcid del suc gàstric a l'estómac i el pH àcid de la vagina inhibeixen el creixement de molts microorganismes.
• Microbiota Autòctona:
  • Microbiota intestinal: Competeix pels nutrients i llocs d'adhesió amb els patògens, i secreta substàncies (bacteriocines) que inhibeixen la proliferació de microorganismes nocius.

2. La Resposta Específica (Immunitat Adquirida)

a) Quines cèl·lules produeixen anticossos?

Els limfòcits B són les cèl·lules responsables de la producció d'anticossos. Tenen receptors d'antígens a la seva membrana plasmàtica (BCR), amb forma de Y, que els permeten unir-se específicament a un antigen. Quan un limfòcit B entra en contacte amb el seu antigen específic i rep senyals d'activació (sovint de limfòcits T col·laboradors), es diferencia en:

• Cèl·lules plasmàtiques: Fàbriques d'anticossos que secreten grans quantitats d'anticossos específics contra l'antigen que va iniciar la resposta.
• Limfòcits B de memòria: Cèl·lules de llarga vida que permeten una resposta més ràpida i potent en futures exposicions al mateix antigen.

b) Quines són les cèl·lules presentadores d'antigen (CPA)?

Les cèl·lules presentadores d'antigen (CPA) són cèl·lules capaces de capturar, processar i presentar antígens als limfòcits T per iniciar la resposta immunitària específica. Les principals CPA professionals són:

• Macròfags
• Cèl·lules dendrítiques (les més eficients)
• Limfòcits B

Altres cèl·lules, com les cèl·lules infectades per virus o les cèl·lules tumorals, també poden presentar antígens (endògens) als limfòcits T citotòxics, però no se solen considerar CPA professionals.

c) Quina és la funció dels limfòcits T citotòxics (CTL)?

Els limfòcits T citotòxics (CTL o T_C) són responsables de reconèixer i destruir cèl·lules pròpies que han estat infectades per virus, bacteris intracel·lulars o que s'han tornat tumorals. Ho fan alliberant substàncies citotòxiques, com:

• Perforines: Proteïnes que creen porus a la membrana plasmàtica de la cèl·lula diana.
• Granzimes: Enzims que entren a la cèl·lula diana a través dels porus i indueixen l'apoptosi (mort cel·lular programada).

d) Quin és el significat de la reacció antigen-anticòs? Tipus.

La reacció antigen-anticòs (Ag-Ac) és la unió altament específica i reversible entre un anticòs i el seu antigen corresponent. Aquesta unió es produeix entre el paràtop de l'anticòs (la regió variable de les cadenes H i L) i l'epítop o determinant antigènic de l'antigen, principalment mitjançant enllaços no covalents (forces de Van der Waals, ponts d'hidrogen, interaccions hidrofòbiques i iòniques). La unió Ag-Ac és fonamental perquè desencadena diversos mecanismes efectors que eliminen el patogen o la toxina.

Tipus de reaccions/conseqüències de la unió Ag-Ac:

• Neutralització: Els anticossos s'uneixen a toxines o a la superfície de virus, bloquejant la seva capacitat d'infectar cèl·lules o causar dany.
• Aglutinació: Els anticossos (que tenen múltiples llocs d'unió) poden unir diversos antígens particulats (com bacteris o cèl·lules) formant agregats, facilitant-ne la fagocitosi.
• Precipitació: Similar a l'aglutinació, però amb antígens solubles. La unió forma complexos insolubles que precipiten i són més fàcils de fagocitar.
• Opsonització: Els anticossos recobreixen la superfície del patogen, marcant-lo per a la fagocitosi per cèl·lules com macròfags, que tenen receptors per a la regió constant (Fc) dels anticossos.
• Activació del Complement: La unió Ag-Ac (especialment IgM i IgG) pot activar el sistema del complement, desencadenant una cascada de reaccions que porten a la lisi del patogen, inflamació i opsonització.

3. Importància del Sistema del Complement i de l'Interferó

Sistema del Complement

És un conjunt de proteïnes plasmàtiques (majoritàriament inactives) que s'activen en cascada en resposta a la presència de patògens o complexos Ag-Ac. La seva activació és crucial per a la immunitat innata i adaptativa, amb funcions com:

• Inflamació: Alguns components del complement atrauen cèl·lules immunitàries al lloc de la infecció.
• Opsonització: Components del complement (com C3b) recobreixen els patògens, facilitant la seva fagocitosi (actuen com a opsonines).
• Citotoxicitat (Lisi): El complex d'atac a la membrana (MAC), format per components finals del complement, crea porus a la membrana dels patògens (especialment bacteris Gramnegatius), provocant la seva lisi.
• Eliminació de complexos Antigen-Anticòs (Ag-Ac): El complement ajuda a solubilitzar i eliminar aquests complexos de la circulació.

L'Interferó (IFN)

Els interferons són un conjunt de petites proteïnes (citocines) produïdes i alliberades per cèl·lules hoste (com leucòcits, fibroblasts) en resposta a una infecció vírica (i altres estímuls). La seva funció principal és interferir en la replicació dels virus:

• Actuen de manera paracrina: S'uneixen a receptors de cèl·lules veïnes no infectades.
• Indueixen un estat antiviral en aquestes cèl·lules veïnes, fent que produeixin enzims que degraden l'ARN víric i inhibeixen la síntesi de proteïnes víriques si són infectades posteriorment.
• També tenen funcions immunomoduladores, com activar macròfags i cèl·lules NK (Natural Killer) i influir en la resposta dels limfòcits T.

4. Descripció de l'Esquema: Resposta Immunitària Humoral

L'esquema representa la Resposta Immunitària Humoral, que és la branca de la immunitat adaptativa principalment dirigida contra patògens extracel·lulars (com bacteris) i toxines. Es basa en l'acció dels limfòcits B, que produeixen i secreten anticossos.

Els passos clau il·lustrats són:

1. Presentació de l'antigen: Una cèl·lula presentadora d'antigen (CPA), com un macròfag, fagocita i digereix un microorganisme. Processa els antígens del patogen i els presenta a la seva superfície units a molècules del Complex Principal d'Histocompatibilitat de tipus II (MHC-II).
2. Activació del Limfòcit T Col·laborador: La CPA presenta el complex antigen-MHC-II a un limfòcit T col·laborador (T_H) inactiu que té un receptor (TCR) específic per a aquest complex. Aquesta interacció, juntament amb senyals coestimuladors, activa el limfòcit T_H.
3. Activació del Limfòcit B: Un limfòcit B reconeix el mateix antigen a través del seu receptor de membrana (BCR). Internalitza i processa l'antigen, presentant-lo també amb MHC-II. El limfòcit T_H activat reconeix el complex antigen-MHC-II al limfòcit B i allibera citocines (com interleucines) que activen completament el limfòcit B.
4. Proliferació i Diferenciació: Els limfòcits B activats es multipliquen ràpidament (expansió clonal) i es diferencien en:
   • Cèl·lules plasmàtiques: Productores massives d'anticossos específics contra l'antigen inicial.
   • Limfòcits B de memòria: Cèl·lules de llarga durada que proporcionaran immunitat a llarg termini.