O gênero Bordetella abrange quatro espécies conhecidas: B. pertussis, B. parapertussis, B. bronchíseptica e B. avium. Elas são distribuídas globalmente, sendo altamente contagiosas e transmitidas de pessoa para pessoa através da saliva.
Patogênese: a bactéria se liga através de diversas adesinas nas células do epitélio ciliado, não alcança o epitélio ou a corrente sanguínea. Além da cápsula, que protege os patógenos de inativações pelo complemento, existem dois grupos funcionais de fatores de virulência: adesinas e toxinas.
Adesinas e toxinas: os dois fatores de aderência mais importantes são hemaglutinina filamentosa (FHA) e toxina pertussis (PT), que podem funcionar como uma exotoxina ou uma adesina. Em contraste a B. pertussis, a B. parapertussis não produz a toxina pertussis. B. pertussis e B. parapertussis também possuem na membrana externa a toxina de membrana pertactina e BrkA (resistência de Bordetella a morte), que desempenha um papel na adesão à célula hospedeira. Outros fatores de virulência são a toxina adenilato ciclase, que afeta a resposta imune do hospedeiro, e a ciclotoxina traqueal (TCT) formada a partir da parede celular peptideoglicana, que causa estase do movimento ciliado. A progressão clínica da coqueluche depende principalmente da formação dos vários fatores de virulência pelo patógeno.
Após um tempo de incubação de cerca de 7 a 14 dias, infecções por Bordetella pertussis iniciam um estágio catarral atípico, que dura por cerca de 1 a 2 semanas. Então o estágio convulsivo se desenvolve, por 2 a 3 semanas com paroxismos característicos, ataques de tosse ininterrupta, frequentemente seguido por estridor com possível vomito. Ataques noturnos são frequentes. Durantes ambos os estágios o patógeno é expelido na tosse. A transmissão através de objetos contaminados não pode ser excluída. Em seguida ocorre o estágio de convalescença, que dura por várias semanas, com diminuição contínua dos ataques de tosse.
Principalmente no caso de crianças abaixo de 2 anos de idade, complicações como pneumonia secundária ou otite média são frequentes. Não há diferença de morbidade entre meninos e meninas. As estações e o clima não influenciam na frequência da doença. Uma infecção confere imunidade específica, que reduz após décadas. Infecções em adultos maiores que 18 são conhecidas, mas raramente diagnosticadas. Reinfecções em pessoas mais velhas maiores que 60 anos apresentam risco de vida.