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Tassonomia Batterica: Classificazione, Struttura e Virulenza - Prof. Grisoli
Tipologia: Sbobinature
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(Lezione 1) I farmaci hanno caratteristiche microbiologiche ben precise. Secondo farmacopea vengono divisi in: FARMACI STERILI FARMACI NON OBBLIGATORIAMENTE STERILI
In secondo luogo esistono farmaci che contrastano la diffusione delle malattie come gli antibiotici o vaccini. Esistono inoltre test che si basano sull’utilizzo di microorganismi che possono valutare la genotossicità dei composti chimici come il test di Heims.
COVID-
Coronavirus: virus che causa malattie che vanno dal comune raffreddore a malattie più gravi come la MERS (sindrome respiratoria del medio oriente), SARS (sindrome respiratoria acuta grave)
Perché chiamati virus CORONA? Perché le proteine circondano a raggera il genoma del virus. Queste proteine disposte a raggera permettono al virus di agganciarsi alle cellule dell’albero respiratorio consentendone una facile penetrazione all’interno. Anche quasi tutti gli animali sono portatori
Paragonato alla morte nera come la peste per esempio, per la sua rapida diffusione. coronavirus peste Paese d’origine Cina Cina Tipo virus Batterica (batterio trasmesso dalle pulci dei ratti)
In Italia e in Europa tuttavia vi sono altre emergenze sanitarie di natura microbiologica quali ad esempio il progressivo depauperamento dell’arsenale di farmaci antimicrobici contro i batteri presidenti cioè, è sempre più ridotta l’efficacia degli antibiotici contro i microorganismi. (Ci sono circa 10 mila morti l’anno per azioni antibiotico resistenti in Italia)
Infezioni nosocomiali Un altro tipo di emergenza sono le INFEZIONI NOSOCOMIALI, cioè infezioni che compaiono dopo 24, 48 ore dal ricovero e che non erano in incubazione all’atto dell’entrata del paziente in ospedale. Sono considerate infezioni nosocomiali però anche quelle infezioni che si verificano dopo la dimissione del paziente per un periodo variabile dai 4 giorni a 1 anno
Come si possono bloccare queste infezioni?
comunicano tra di loro e si trasmettono geni e materiale nutritivo, in modo da poter rimanere molto a lungo in un ambiente.
Come si impedisce la formazione di un biofilm? Attraverso la creazione di superfici autodisinfettanti che veicolano nanoparticelle d’argento, oppure farmaci, in grado di bloccare eliminazione di microorganismi colonizzanti
Qui è riportata la funzionalizzazione di una superficie vetrosa, dove prima di tutto vengono sostituiti gli idrossili (-OH) con i gruppi tiolici che successivamente si attaccano alle nanoparticelle d’argento. A questo punto queste saranno pronte per agire a livello antimicrobico.
Cosa succede ai batteri quando vengono a contatto con le nanoparticelle d’argento? I danni sono differenti a seconda della tipologia microbica
Per quanto riguarda gli E. Coli (fig. a) le nanoparticelle d’Ag si accumulano a livello citoplasmatico provocando progressivamente la rottura degli involucri dei batteri.
Per quanto riguarda gli Staphylococcus aureus (fig.b) i danni sembrano non evidenti ma in realtà l’accumulo di nanoparticelle d’Ag sulla superficie della parete cellulare blocca i processi metabolici, tipicamente il processo di divisione cellulare con progressiva morte della cellula
Figura 1. Batteri incubati per 24 ore con Ag NP ricoperte di GSH
rodac o piastre da contatto contenenti il terreno di coltura, dette Bioaerosol di una sala operatoria Piastra sterile piastra dopo campionamento
Analisi microbiologiche realizzate in una sala operatoria, prima dell’entrata in funzione, sulle superfici del tavolo del ferrista In una sala operatoria appena sterilizzata su una superficie non dovrebbero esserci più di 0,5 CFU per cm^2 per ogni piastra, cioè non dovrebbe esserci più di 1 colonia ogni 2 piastre campionate. Nella sala dove sono stati trovati questi valori c’era un altro rischio biologico.
Parametro microbiologico
Tavolo ferrista Sala operatoria 1 CFU/cm^2
Tavolo ferrista Sala operatoria 2 CFU/ cm^2 Batteri mesofili *51 27 ***
Batteri psicrofili *267 15 ***
Miceti 1 * 75*
Stafilococchi **assenti 3 ***
Le MODALITÀ DI TRASMISSIONE dei microorganismi sono di 2 tipi: Via diretta: malato o portatore ospite sano Via indiretta: malato o portatore ambiente ospite sano Quest’ultima via è tipica dei microrganismi meno stressabili, cioè in grado di resistere a lungo nell’ambiente. Nella via indiretta la trasmissione può verificarsi attraverso mezzi inanimati, i così detti veicoli (come aria, acqua, suolo, alimenti), o attraverso organismi viventi, i così detti vettori (come roditori, insetti). L’aria rappresenta quindi un potenziale mezzo di contagio per le malattie respiratorie come l’influenza, oppure per le malattie esantematiche. In sintesi, le principali vie di penetrazione dei microrganismi nell’uomo sono
MALATTIE INFETTIVE L’INTERAZIONE tra uomo e microrganismi è soggettiva e può dar luogo a 3 tipi di associazioni biologiche:
SIMBIOSI MUTUALISTICA: entrambe le specie (uomo e microrganismi) traggono beneficio dalla loro interazione COMMENSALISMO: solo una delle 2 specie trae beneficio (generalmente il microrganismo, che però non danneggia l’uomo) PARASSITISMO: l’ospite (uomo) viene danneggiato dai microrganismi presenti
I rapporti tra uomo e microrganismi non sono statici ma possono evolvere da commensalismo o dalla simbiosi verso il parassitismo.
La resistenza alle infezioni, per quanto riguarda l’uomo, dipende dalla sua storia immunitaria, o dell’assenza nell’ospite di condizioni favorevoli alla riproduzione dei patogeni, si parla in questo caso di IMMUNITA’ DI SPECIE cioè l’ospite (uomo) è resistente a microrganismi che infettano specie diverse. L’immunità può però anche essere acquisita artificialmente attraverso la vaccinazione. Altri fattori che possono condizionare la suscettibilità dell’ospite sono ad es. la presenza di malattie croniche, età, presenza di terapie immunosoppressorie, stress, malnutrizione
Per quanto riguarda il parassita i fattori principali sono la patogenicità (capacità del microrganismo di provocare una malattia) virulenza (grado di patogenicità) vie d’ingresso dose infettante (numero di patogeni in grado di infettare l’ospite) flora microbica
CLASSIFICAZIONE DEI PERICOLOSITA’ DEI MICRORGANISMI in 4 gruppi di rischio
Agenti biologici di gruppo 1: sono microrganismi che difficilmente causeranno una malattia all’uomo ad es. Bacillus subtilis, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae Agenti biologici di gruppo 2: presentano un moderato rischio individuale e un basso rischio collettivo. Per questi agenti biologici esistono sia terapie che profilassi. Es: Staphyococcus aureus, Klebsiella pneumoniae , Legionella pneumophila , Enterobacter aerogenes, Candida albicans , Cytomegalovirus , Herpes simplex virus 1 e 2 Agenti biologici di Gruppo 3: presentano un elevato rischio individuale e un più alto rischio collettivo. Ma esistono comunque terapie e profilassi. Es. Bacillus anthracis, Yersinia pestis, Salmonella typhi, HBV, HIV; HCV Agenti biologici di tipo 4: possono causare gravi malattie nell’uomo anche mortali, e presentano un rischio elevato sia personale che collettivo. Per questo tipo non esistono cure. Es: Virus Ebola, di Marburgo, virus della febbre emorragica di Crimea/Congo. (Lezione 2) Circa 4 miliardi di anni fa si formò la terra e nelle prime centinaia di milioni di anni non c’erano le condizioni necessarie per l’instaurarsi della vita. Le condizioni sono: Acqua allo stato liquido con T inferiore a 100 gradi Condizioni che si stabilirono circa 3miliardi e 8 anni fa, quando si formò una sorta di minestrone primordiale in cui per prima cosa comparvero molecole organiche e successivamente il PROGENOTA (archetipo cellulare, costituito da surrogato di membrana che gli permetteva di mantenere molecole organiche all’interno a dar luogo ad una sorta di metabolismo preistorico). Simili ai progenota sono i cianobatteri (filum di batteri fotosintetici e fotoautotrofi).
È la scienza che studia i microrganismi, le loro attività ed ha per oggetto la forma, la struttura, la riproduzione, la fisiologia, il metabolismo e la classificazione.
Conoscere la forma, caratteristiche riproduttive e il metabolismo di un microrganismo è importante perché capendo i suoi punti deboli è possibile sfruttarlo a nostro vantaggio o combatterlo ad esempio producendo vaccini e/o antibiotici. La microbiologia quindi studia le diverse tipologie microbiche, distinguendo tra agenti cellulari come batteri, funghi, protozoi e non cellulari come i virus il termine microbiologia origina dal neologismo microbio ossia dall’unione di BIOS = vita e MICRO = infinitamente piccolo. È considerata una scienza giovane nonostante si occupi dello studio di organismi con origine molto antica. Occupandosi di organismi con diametro inferiore a 0,1 mm non è possibile vederli ad occhio nudo, ma è necessario utilizzare il microscopio la cui invenzione risale a circa 400 anni fa È considerata una scienza giovane anche perché fino al 1864, non credevano che i microrganismi derivassero da altri microrganismi sostenendo così la teoria della generazione spontanea. Secondo questa teoria si pensava che gli organismi inferiori come insetti, larve… derivassero dalla materia inanimata, mentre che gli organismi superiori come l’uomo fossero stati creati da dio.
carne. E dimostrò che la carne tenuta al riparo dalle mosche, coperta da un filtro che permetteva comunque il passaggio dell’aria non sviluppava larve, mentre il pezzo di carne senza filtro dava proliferazione di vermi. Lo spirito d’osservazione e lo studio della medicina popolare, sono peculiarità fondamentali per un “cacciatore” di microbi.
l’invenzione della vaccinazione chiamata contro il vaiolo (chiamato così perché il siero originario proveniva da una vacca) e i suoi risultati furono pubblicati nel 1798. Il 1800 fu un secolo fecondo per i “cacciatori” di microbi. In questo secolo possiamo ricordare 2 importanti scienziati: Ignac Semmelweis e Joseph Lister che furono i primi a capire l’importanza della disinfezione come sistema per interrompere la catena di trasmissione delle malattie. Semmelweis notò che c’era un incremento delle febbri puerperali quando le donne partorivano in ospedale rispetto al parto casalingo. Impose così ai propri assistenti di lavarsi le mani ogni qual volta visitassero le pazienti. Allo stesso modo Lister iniziò a praticare gli interventi chirurgici con l’ausilio dell’acido carbolico (è il fenolo) come disinfettante.
caratterizzati della termoresistenza. Mette così a punto un processo microbico detto TYNDALLIZZAZIONE che tramite ripetuti cicli di riscaldamento permette la germinazione delle spore, con conseguente liberazione di batteri vegetativi che poi vengono eliminati perché non più termoresistenti.
FONDATORI DELLA MICROBIOLOGIA MODERNA
Confutò definitivamente la teoria della generazione spontanea Dimostrò che i batteri derivano o da spore o da altri batteri veicolati con granelli di polvere. Per far questo nei suoi esperimenti utilizzò matracci a collo d’oca che permettevano l’entrata di ossigeno, ma impedivano al liquido, contenuto nel matraccio di venire a contatto con agenti contaminanti. Bollì poi il contenuto dei matracci uccidendo ogni forma di vita e dimostrò che i microrganismi riapparivano solo se il collo dei matracci veniva rotto, permettendo agli agenti contaminanti di entrare. Dimostra inoltre di poter ridurre la presenza di microrganismi in un ambiente e prevenire la diffusione di malattie mediante o Trattamenti col calore o Vaccinazioni
Linneo fu il primo a dare un grande impulso ai tentativi di classificazione, pubblicando il “sistema naturae” che ordinava le conoscenze sui viventi, basandosi su proprietà strutturali e fisiologiche e riunendo i viventi in 2 regni: quello animale e quello vegetale. A partire da Linneo fino alla fine del 1970, si credeva che gli esseri viventi, in base all’organizzazione cellulare, e alle modalità nutrizionali, potessero essere divisi in 5 regni: MONERA include i procarioti (le cellule semplici) PROTISTA include organismi cellulari eucarioti unicellulari autotrofi o eterotrofi PIANTE include organismi pluricellulari eucarioti autotrofi FUNGHI include organismi uni-pluricellulari che si nutrono per assorbimento ANIMALI include organismi pluricellulari eterotrofi che si nutrono per ingestione
È stato Carl Woese che grazie a studi molecolari notò che gli organismi potessero essere correlati in base alle sequenze genetiche degli acidi nucleici, in particolare dell’RNA ribosomiale. Dimostrò quindi che le linee evolutive (DOMINIO) a livello cellulare non erano 5 bensì 3 detti DOMINI. BACTERIA (procarioti) ARCHEA (procarioti) EUCARIA (eucarioti) Ogni linea evolutiva si origina da un progenitore comune il PROGENOTA.
BACTERIA (batteri)
Procarioti altamente differenziati dal punto di vista morfologico e fisiologico
Procarioti molto specializzati che vivono in ambienti estremi, sia per pH, T, [sali]
Eucarioti
unicellulari unicellulari Unicellulari e pluricellulari Assenza di nucleo circondato da membrana
Assenza di nucleo circondato da membrana
Nucleo avvolto da membrana nucleare Cromosoma circolare Cromosoma circolare Cromosoma lineare Presenza di plasmidi come genoma accessorio
Presenza di plasmidi come genoma accessorio
Assenza di plasmidi
Assenza di proteine associate al cromosoma
Istoni associati al cromosoma Istoni associati al cromosoma
Lipidi della membrana: glicerolo legato ad acidi grassi lineari
Lipidi della membrana: glicerolo legato ad acidi grassi ramificati
Lipidi della membrana: glicerolo legato ad acidi grassi lineari e presenza di steroli Peptidoglicano nella parete cellulare Assenza di peptidoglicano Assenza di peptidoglicano Inizio della trasduzione: formilmetionina
Inizio della trasduzione: metionina
Inizio della trasduzione: metionina Habitat ubiquitario Habitat ubiquitario inclusi gli ambienti estremi
Habitat ubiquitario
(Lezione 3)
Sono organismi unicellulari, procarioti autotrofi che vivono in ambienti estremi e in grado di sfruttare CO come fonte di carbonio. Infatti l’ Halobacterium salinarum , sopravvivere in condizioni estreme con [sale] elevate, questo è permesso perché l’involucro cellulare è costituito da un monostrato lipidico circondato da uno strato di proteine il cui 50% è formato da glicoproteine che proteggono il batterio dalle alte [saline]. Suddivisione in 3 filum:
A livello evolutivo come si è passati dal domino dei bacteria e degli archaea a quello degli Eukarya? Si può ipotizzare che siano 2 le forze genetiche che hanno portato a questa evoluzione: Trasferimento verticale di geni da una generazione all’altra di cellule a causa di mutazioni dovute ad errori nei processi di trascrizione degli enzimi coinvolti nel processo riproduttivo
Trasferimento orizzontale di porzioni genomiche che rendono i batteri resistenti a famiglie di antibiotici
Secondo queste teorie, le cellule eucariotiche si sarebbero formate grazie all’unione di cellule più semplici i così detti microrganismi simbionti procarioti. In pratica, il passaggio da procarioti ad eucarioti è stato dovuto dal voler sopravvivere ad ambienti più ostili.
Circa 3 miliardi e 9 di anni fa dal progenota sono iniziati ad originarsi i primi microrganismi procarioti che erano anaerobi ed eterotrofi. Ciò portò però ad un impoverimento del minestrone primordiale, per cui si favorì la comparsa di cellule in grado di sintetizzare i composti organici (compiendo la fotosintesi). L’aumento di questi batteri fotosintetici determinò la liberazione di ossigeno nell’atmosfera con la comparsa dei primi batteri aerobi. Si arrivò quindi alla compresenza di 3 tipologie di cellule: Batteri anaerobi eterotrofi Batteri fotosintetici (simili ai cianobatteri) Batteri aerobi
Ciò ovviamente portò ad una competizione. Perciò alcuni batteri anaerobi per sopravvivere iniziarono ad inglobare interi batteri delle altre 2 categorie cellulari e ciò diede luogo a 2 vie metaboliche principali. Dall’interazione tra batteri anaerobi eterotrofi batteri aerobi formazione di MITOCONDRI batteri anaerobi cianobatteri formazione di CLOROPLASTI
Come avviene il processo di classificazione? La classificazione in ordine gerarchico, prevede la suddivisione in gruppi in base all’affinità di caratteri genotipici e fenotipici si avrà quindi:
Per cui quando abbiamo a che fare con un agente biologico come procediamo per classificarlo? È importante applicare una serie preordinata di procedure per classificare l’organismo secondo GENERE rappresenta il raggruppamento di specie tra loro correlate SPECIE insieme di microrganismi che presentano elevato grado di omologia sulla base di caratteristiche fenotipiche (aspetti morfologici, fisiologici, biochimici o immunologici) SIEROTIPO (sottospecie, ceppo)
esempio: si vuole identificare un agente biologico come escherichia coli (batterio dell’intestino presente anche nell’ambiente esterno) come si procede?
Se non sono sufficienti i criteri sopracitati, si possono utilizzare anche analisi di tipo chimico che permettono di individuare alcuni componenti batterici discriminanti che si possono trovare per esempio a livello della composizione della parete cellulare. Per es. si può vedere, nei GRAM+ la posizione del peptidoglicano o degli acidi teicoici e nei GRAM– la differente composizione di zuccheri a livello della membrana esterna della parete cellulare. Se invece dobbiamo identificare i micobatteri, si può vedere e caratterizzare gli acidi grassi presenti nella parete perché in questi, la struttura degli acidi grassi è molto variabile. Si può valutare anche la GC ratio con metodi chimici. Cioè si può determinare anche la % di guanina e di citosina presenti nel DNA che generalmente in 2 organismi appartenenti alla stessa specie hanno un contenuto di guanina e citosina equivalente.
I batteri sono organismi invisibili ad occhio nudo. ciò non dipende solamente dalle dimensioni delle cellule batteriche, ma anche dal potere di risoluzione dell’occhio umano che riesce a vedere oggetti con diametro > 0,1mm Tuttavia, per osservare i batteri non sempre è necessario utilizzare microscopi, ma si possono sfruttare le loro caratteristiche metaboliche. Per esempio: se sospettiamo di avere un campione contaminato di acqua, basterà prelevare del contenuto e metterlo in un terreno di coltura liquido per vedere, nel tempo (24, 48h), la comparsa di una certa torbidità. Se invece vogliamo vedere l’attività antibiotica, basterà aggiungere il campione con attività antimicrobica ad un terreno di coltura solido contenente un microrganismo tester, in questo modo valuto l’alone di inibizione. Sempre sfruttando il metabolismo batterico, e avvalendoci di terreni di colture solidi, si può quantificare il numero di microrganismi presenti in un substrato. Si valuta la così detta CFU (unità formanti colonie) COLONIE= manifestazione macroscopica della crescita batterica o fungina.
Mediante l’osservazione microscopica si possono valutare caratteristiche come: - Forma, dimensione e aggregazione cellulare - Caratteristiche tintoriali - Appendici, motilità, capsula - Si possono contare i batteri presenti in una coltura - Purezza della coltura In base a come sono fatti i microscopi ottici si distinguono in 2 tipi MICROSCOPI SEMPLICI con 1 ordine di lenti MICROSCOPI MODERNI con 2 sistemi di lenti Ci possono essere poi 2 tipi di sistemi d’illuminazione Illuminazione con lampada alogena con radiazione di lunghezza d’onda pari a 400-700nm Illuminazione con lampada ultravioletta microscopio a fluorescenza Nei microscopi ottici la distanza tra obbiettivo e il vetrino è inversamente proporzionale all’ingrandimento. Infatti il potere d’ingrandimento è dovuto all’interazione tra gli oculari e le lenti degli obbiettivi. Sono 3 le tipologie di obbiettivo utilizzate: 10X ; 40X ; 100X Agendo sui diversi componenti del m. ottico tra cui il condensatore si ottengono diversi tipi di osservazione.
CAMPO CHIARO permette di ottenere immagine su sfondo chiaro, cioè la luce attraversa direttamente il vetrino. L’osservazione è poco precisa perché le strutture biologiche assorbendo poca luce sono poco visibili. Di solito si utilizza questo campo per osservazioni colorate CAMPO SCURO Qui la luce non attraversa direttamente il preparato, ma viene diffusa in modo laterale. CONTRASTO DI FASE il condensatore del raggio luminoso determina una separazione dei raggi diretti da quelli rifratti con un ritardo pari a ¼ della lunghezza d’onda. In questo caso si otterrà una miglior risoluzione del preparato che risulta scuro su fondo chiaro. Esso permette di visualizzare meglio i batteri senza doverli colorare ed evidenziare eventuali spore. (Lezione4) MICROSCOPIO A FLUORESCENZA Tale tipo di osservazione può essere utile in immunologia per evidenziare le reazioni antigene-anticorpi (questi ultimi marcati con sostanze fluorescenti), o per osservare microrganismi patogeni. Sostanze fluorescenti utilizzate sono ad esempio: auramina e rodamina STEREOMICROSCOPIO È un microscopio ottico che lavora in campo chiaro. È costituito da oculare ed obbiettivi indipendenti che permettono una visione tridimensionale del preparato. Di solito con questo microscopio si studiano i corpi fruttiferi dei funghi
COLORAZIONI MICROBICHE Tramite i coloranti si può migliorare il contrasto dei preparati Innanzitutto bisogna fissare il campione sul vetrino che deve essere passato rapidamente sulla fiamma in modo che il campione asciughi ed aderisca bene al vetrino stesso. Successivamente si deposita una goccia di colorante e si procede con la tecnica dell’osservazione per immersione. Cioè si fa appoggiare lentamente l’obbiettivo prescelto del microscopio su una goccia di olio di paraffina che permette di ridurre le dispersioni e aumenta la risoluzione del campione. TIPI DI COLORAZIONE Colorazioni semplici dette anche monocromatiche perché prevedono l’impiego di un solo colorante; e ci permettono di vedere il batterio dal materiale organico in cui sono intrappolati Colorazioni differenziali prevedono l’utilizzo di più coloranti per differenziare batteri morfologicamente simili tra loro o per evidenziare strutture cellulari del batterio stesso.
Dal punto di vista dei coloranti, esistono per esempio coloranti basici maggiore affinità per gli acidi nucleici. Es. blu-dimetilene, violetto di genziana, cristal-violetto
acidi maggior affinità per il citoplasma. Es. fucsina acida, rosso congo neutri miscela di coloranti acidi e basici fluorescenti
Le colorazioni più usate sono:
COLORAZIONE DI GRAM per la maggior parte dei batteri Sviluppata nel 1884 da Gram e permette di evidenziare i batteri nei preparati istologici. Grazie a questa colorazione i batteri possono essere classificati in GRAM+ e GRAM-. Questa colorazione permette di ottenere rapidamente informazioni sulla fisiologia di queste cellule e sulla sensibilità ad agenti antimicrobici come gli antibiotici. Come si procede per questo tipo di colorazione? FASE 1) - Si fissa il campione sul vetrino
COLORAZIONE DI ZIEHL-NEELSEN per batteri acido resistenti con alto contenuto di lipidi e cere nella parete cellulare Si fissa il campione sul vetrino e si colora con fucsina fenicata a caldo, in modo che il colorante penetri nella parete cellulare. poi si lava rapidamente con H2O e si procede alla decolorazione con una miscela costituita da acido solforico al 20% ed etanolo al 70%. I micobatteri, se presenti, non si decoloreranno, è per questo che vengono detti alcol-acido resistenti. Successivamente si aggiunge blu-dimetilene come colorante di contrasto, per evidenziare i micobatteri nella matrice del campione organico
COLORAZIONE DELLE SPORE (Schaffer-Fulton) Si fissa il campione sul vetrino e si colora con verde di malachite. Viene aggiunta una goccia al minuto per 10 min, tenendo il vetrino sulla fiamma per permettere la penetrazione del colorante nella spora. Si lascia raffreddare il vetrino e poi si lava con acqua distillata per allontanare il colorante in eccesso. Si procede poi con la colorazione di contrasto con la safranina. Alla fine del processo risulteranno colorate di verde le spore e di rosso i batteri.
COLORAZIONE DI LOEFFLER per batteri difterici Loeffler mise a punto un terreno contenente siero e glucosio, in modo da permettere la fermentazione di particolari batteri, con produzione di acidi. Qui i batteri vengono colorati con blu-dimetilene. Questo tipo di colorazione serve per evidenziare il “ corinne bacterio diphteriae ” che dopo colorazione presenta una forma clava. Questo batterio aerobio, anaerobio facoltativo, è immobile, non è sporigeno ed è un GRAM variabile I problemi che causa questo batterio sono la difterite, malattia infettiva acuta e contagiosa con caratteristica di creare placche sulle mucose a livello delle vie aeree.
COLORAZIONE DI GIMENEZ per batteri detti ricchezie (forma intermedia tra batteri e virus) parassiti intracellulari e che hanno bisogno della cellula umana per la sintesi del DNA. Questi batteri causano la febbre delle montagne rocciose, detta anche febbre bottonosa del mediterraneo. Per colorarli si usa fucsina fenicata che colora i batteri di rossastro a pH di 7,4 e dopo aver tolto l’eccesso di colore, si aggiunge verde di malachite che dopo pochi secondi all’aria diventa blu.
Il primo è stato creato nel 1930 da Ruska e Knoll
nei primi 5 sono compresi gli streptococchi 𝛼-emolitici o viridanti. Il gruppo piogenico comprendi i 𝛽-emolitici.
FATTORI DI VIRULENZA di S. pyogenes PROTEINA M che protegge dalla fagocitosi, inibisce l’attività del complemento, e quindi protegge dalle attività del sistema immunitario. Inoltre sulla superficie della parete cellulare di queste cellule, si formano microfibrille costituite da componenti della parete (acidi teicoici) e componenti proteici (proteina M), che permette l’adesione di queste cellule alle cellule del nostro organismo.
Altro fattore di patogenicità di questo organismo è la CAPSULA formata da acido ialuronico.
STREPTOLISINE responsabili dell’attività emolitica (distruzione dei globuli rossi). o Streptolisina S stabile all’O 2 , non è antigenica e tossica per i vari tipi di cellule tra cui i leucociti. Essa lisa i globuli rossi, leucociti e piastrine e stimola il rilascio di enzimi lisosomiali dopo la fagocitosi. o Streptolisina O inattivata dall’O 2 , è dotata di elevato potere immunogeno ed è tossica per vari tipi di cellule tra cui i cheratinociti e le cellule del miocardio
STREPTOCHINASI determinano la dissoluzione dei coaguli permettendo la diffusione degli streptococchi all’interno del corpo umano
IALURONIDASI depolimerizza acido ialuronico, polisaccaride costituente il tessuto connettivo
TOSSINE PIROGENICHE sono responsabili dell’esantema scarlattinoso
S. pyogenes può causare:
(Lezione 5) STAFILOCOCCHI batteri GRAM+ Sono molto contagiosi, in grado di produrre pus, con cellule sferiche del diametro di 1𝜇m. Esistono 40 specie differenti per l’uomo di stafilococchi. Utilizzando terreni di coltura speciali è possibile riconoscere lo stafilococco aureus in quanto forma colonie giallo-oro perché produce un pigmento carotenoide chiamato zea sanxtina con proprietà ossidanti e considerato fattore di virulenza in quanto danneggia i globuli bianchi. Per quanto riguarda invece gli stafilococchi epidermidis formano colonie non colorate
S. aureus è un patogeno obbligato e la sua azione è dovuta alla produzione di diversi FATTORI DI PATOGENICITÀ E VIRULENZA quali:
Clumping factor ( COAGULASI ) serve a trasformare il fibrinogeno in fibrina insolubile e protegge la cellula batterica dalla fagocitosi e da altri meccanismi di difesa dell’ospite
CATALASI enzima che scinde l’acqua ossigenata prodotta nei processi di fagocitosi.
STAFILOCHINASI trasforma il plasminogeno in plasmina con l’obiettivo di ↑ la capacità invasiva
LIPASI permettono l’idrolisi dei lipidi e ai microrganismi di vivere all’interno delle zone sebacee e favoriscono la diffusione di questi batteri anche nei tessuti cutanei e sottocutanei
IALURONIDASI permette la demolizione dell’acido ialuronico, costituente del tessuto connettivo
CAPSULA involucro polisaccaridico che permette la distinzione in 11 sierotipi per stafilococchi aureus. Permette ai batteri di aderire alle mucose dell’ospite e di proteggerli dalla fagocitosi.
PROTEINA A proteina ancorata al peptidoglicano e considerata un fattore mimetico in quanto lo stafilococco aureus lega in maniera molto efficace il frammento cristallizabile delle immunoglobuline G.
PEPTIDOGLICANO Ha un’azione di tipo infiammatorio e stimola l’azione del complemento
TOSSINA ESFOLIATIVA è una serina proteasi che distrugge i desmosomi inducendo la sindrome della cute ustionata.
TOSSINA 1 (TSST-1) tossina della sindrome da shock tossico che causa febbre alta, ipertensione, rash cutaneo e morte per ipovolemia in quanto riduce la perfusione ematica a livello degli organi. Ci sono anche altre tossine come l’emolisina (𝛼, 𝜆, 𝛽 …) che rispettivamente hanno azione emolitica sulla muscolatura liscia vasale e possono avere reazione dermo-necrotica, letale ad alte concentrazioni, la 𝜆 danneggia la membrana cellulare di eritrociti, neutrofili e macrofagi
ANTIBIOTICO RESISTENZA
Esempi di patologie diffuse da S. aureus sono
Per quanto riguarda i cocchi trasmessi per via sessuale vi sono i nesseria gonorreae , nonché batteri GRAM- immobili a forma di diplococchi. La gonorrea è una malattia a trasmissione sessuale diffusa che si manifesta in modo diverso tra M e F. L’uomo è asintomatico nella prima fase, mentre nelle donne possono essere presenti sintomi a causa di cistiti e malattie infiammatorie di tipo pelvico. La nesseria meningitidis è un GRAM- che si può trovare nel naso e faringe e che può penetrare a livello ematico (dove provoca batteriemie) e diffonde a livello delle meningi. Presenta diversi sierotipi: A, B, C, Y, V135, X I sintomi della meningite sono: Febbre violenta, cefalea, rigidità nucale Si può prevenire con i vaccini.
Questo batterio rappresenta un serio problema a livello ospedaliero in quanto la sua persistenza è facilitata da serbatoi (cioè ambienti in cui può riprodursi). Può provocare lesioni opportunistiche come lesioni a livello della cornea, ferite chirurgiche o a livello respiratorio.
SPIRILLI Sono bacilli di aspetto spiraliforme o elicoidale con poche e larghe volute. Si trovano solitamente isolati e generalmente sono acquatici. Sono rigidi e mobili per la presenza di un ciuffo di flagelli a uno dei poli della cellula. Tra tutte le specie di spirilli, solo 1 può dare origine a patologie nell’uomo ed è lo Spirillum minor , un commensale del cavo orale di alcuni roditori che provoca la febbre da morso da ratto che è una malattia febbrile sistemica; inizia con una lesione a livello del morso ed è accompagnata poi da un esantema morbilliforme. SPIROCHETE sono GRAM- Sono batteri lunghi e sottili di aspetto spiraliforme con volute più numerose e ravvicinate e sono molto fragili cioè sensibili all’ambiente esterno. A differenza degli spirilli per muoversi hanno flagelli interni. Vengono trasmessi o per contatto diretto da ospite malato a ospite sano o tramite artropodi. Esistono diversi generi e i più importanti che causano patologie nell’uomo sono il genere LEPTOSPIRA
BORRELIA sono le uniche spirochete con diametro di 0,5μ, visibili al microscopio ottico in campo chiaro previa colorazione con anilina. Vengono trasmessi all’uomo tramite pulci, pidocchi o zecche.
TREPONEMA Tra le varie specie vi è il TREPONEMA PALLIDUM che è possibile vedere con la microscopia ottica solo dopo impregnazione con Ag in campo scuro. È un batterio incapace di moltiplicarsi in vitro, per cui per studiarlo bisogna inocularlo nei testicoli di coniglio, inoltre questo batterio ha un tempo di incubazione molto lungo. Che malattia provoca? È l’agente eziologico della sifilide detta anche lue che si trasmette per via venerea, per il 10% attraverso baci, ma anche da madre a figlio. È una malattia cronica che prevede 3 stadi:
VIBRIONI Sono GRAM- Sono mobili per la presenza di un unico flagello in posizione polare, sono asporigeni e non capsulati. La specie più nota è VIBRIO COLERAE , agente eziologico del colera, malattia a trasmissione oro-fecale. Ad oggi sono stati identificati più di 200 sierotipi di vibro colerae in base alla posizione del flagello. Questo batterio si attacca ai villi intestinali attraverso appendici e libera tossine la cui azione rende le cellule intestinali impermeabili ai liquidi (si possono perdere infatti circa 20l di H2O al giorno). Altra caratteristica di questo batterio è che può rimanere a lungo nell’ambiente. La mortalità di questa malattia è alta se i pazienti non vengono trattati con antibiotici opportuni.
COCCO BACILLI sono batteri GRAM- Sono batteri che si diffondono per via aerea e hanno dimensioni variabili. Sono immobili, e possono essere
patologie cliniche
(Lezione 7) I MICRORGANISMI E DIMENSIONI Tutti i microrganismi sono osservabili al microscopio ottico, ad eccezione dei virus che sono osservabili col microscopio elettronico. BATTERI: Bacilli: 0,5 x 4-5 μm (Escherichia coli 0,5 x 1-4 μm) Spirochete: 0,2 x 20 μm Cocchi: 0,5- 1 μm di diametro
FUNGHI: Lieviti: 5-30 μm (Saccharomyces cerevisiae 10 μm) Muffe diametro del micelio ≈ 10 μm VIRUS < 0,1 μm
Come fanno i batteri ad essere un modello vincente in natura nonostante siano così piccoli? L’unicellularità è un problema?
L’unicellularità potrebbe essere un problema dal punto di vista: NUTRIZIONALE per quanto riguarda l’adattamento nell’ambiente RESIDENZIALE difficile la colonizzazione, l’occupazione e la competizione con altri microrganismi RESISTENZIALE in quanto potrebbe determinare una minor resistenza agli agenti fisici, chimici
Ma in realtà L’UNICELLULARITA’ PRESENTA soprattutto VANTAGGI come: le DIMENSIONI dei batteri permettono una miglior interazione con l’ambiente. Infatti quando ↑ il volume di una cellula, il rapporto superficie/volume ↓. Il grande rapporto è importante perché consente un rapido ingresso di sostanze nutritive e anche una rapida eliminazione delle stesse. Quindi le ridotte dimensioni dei batteri garantiscono una grande efficienza metabolica e quindi una migliore interazione con l’ambiente. Inoltre questa efficienza metabolica determina una rapida moltiplicazione cellulare in modo da colonizzare rapidamente un ambiente. CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI
CELLULE NK Sono cellule presenti nel sangue e nei tessuti linfoidi. Il ruolo di queste cellule è eliminare i parassiti endocellulari, come virus e batteri e la loro azione deriva dal rilascio di granuli intra-citoplasmatici che distruggono le cellule infette o i fagociti inglobanti i microrganismi. Questi granuli contengono le perforine , cioè sostanze che formano pori sulla membrana cellulare e i granzimi che inducono apoptosi nelle cellule colpite. Le cellule NK non hanno un meccanismo d’azione antigene-specifico, ma usano un meccanismo d’azione missing self, cioè le cellule NK individuano come non self tutte le cellule che presentano bassa espressione del complesso maggiore di istocompatibilità di classe
INFIAMMAZIONE Lo scopo dell’infiammazione attraverso la vasodilatazione e ↑ della permeabilità, è quello di richiamare nella zona dove è avvenuto l’attacco dei microrganismi o la lesione, cellule e molecole del sistema immunitario come anticorpi e proteine del complemento o leucociti. 4 sono i mediatori chimici coinvolti in questo processo: Citochine pro-infiammatorie Mediatori lipidici come le prostaglandine Ammine biologiche come l’istamina Chinine
COMPLEMENTO Gruppo di proteine non anticorpali generate dal fegato che si attivano a cascata. Quando attivate danneggiano le membrane cellulari delle cellule bersaglio, possono attivare fagociti e contribuiscono al processo infiammatorio. Il complemento può essere attivato in 3 modalità: Via classica richiede presenza dell’immunocomplesso cioè antigeni già legati ad anticorpi. Via alternativa richiede presenza di microrganismi perché non ancora disponibili gli anticorpi specifici Via lectinica le proteine del complemento si legano a molecole di mannosio presenti sulla superficie del microrganismo
DIFESE SPECIFICHE Quando i microrganismi superano le difese aspecifiche si attivano le difese specifiche e la difesa immunitaria che ne deriva conferisce uno stato di resistenza e può durare molto a lungo. I meccanismi di difesa specifici sono dotati di: SPECIFICITA’ le cellule esprimono recettori che possono riconoscere selettivamente antigeni di uno specifico patogeno e ciò consente la generazione di risposte che sono specifiche per agenti patogeni. MEMORIA il sistema immunitario possiede il ricordo di ciò che lo ha attivato cioè dopo aver riconosciuto per la prima volta una struttura estranea, in un secondo momento risponderà con una risposta più intensa e rapida di quella iniziale. Queste difese però vengono classificate anche in base alla modalità di acquisizione della difesa ATTIVE ottenute per via naturale (esposizione al patogeno) o artificiale (con vaccinazione) PASSIVE derivano dal trasferimento di anticorpi o mediante antisieri
Differenza tra vaccino e antisiero? ANTISIERO= siero contenente anticorpi specifici per una data malattia, forma di immunità adattiva passiva. VACCINI = prodotto che contiene antigeni
ANTIGENE = molecola o struttura biologica che entrando in contatto con gli effettori della risposta immunitaria viene riconosciuta come estranea e ne stimola l’attività. caratteristiche dell’antigene sono: IMMUNOGENICITA’ capacità di indurre risposta cellulare ANTIGENICITA’ specificità immunologica cioè la capacità di legarsi al recettore di un linfocita B o T
Un antigene dotato di entrambe le caratteristiche, viene detto ANTIGENE COMPLETO o IMMUNOGENO. (SOSTANZA IMMUNOGENA = in grado di stimolare il sistema immunitario) Composti a basso PM, pur essendo capaci di legarsi agli anticorpi, non inducono una risposta immunitaria se non quando sono legati a proteine dette carrier ANTIGENI INCOMPLETI o APTENI. La parte dell’antigene che ha proprietà immunogeniche e antigeniche viene detto DETERMINANTE ANTIGENICO o EPITOPO
Per loro natura gli antigeni sono detti:
RELAZIONE TRA IMMUNITA’ INNATA E ADATTIVA L’immunità innata è fondamentale per quella adattiva, in quanto il sistema innato è il primo responsabile di una risposta agli antigeni e questo avviene con un programma stereotipato. Cioè attraverso 3 effetti interconnessi tra loro: Infiammazione Attivazione di attività microbicida Innesco di meccanismi di attività adattiva L’attivazione dell’immunità adattiva nei linfociti T può essere vista come una sorta di sinapsi immunologica, perché deriva dall’interazione tra cellule presentanti antigene, macrofagi e cellule dendritiche con i linfociti T (Lezione 8) Esistono diversi tipi di risposta adattiva nei confronti dell’antigene che implicano l’attivazione dei linfociti LINFOCITI leucociti specializzati nell’immunità di tipo specifico Derivano dalla differenziazione delle cellule staminali pluripotenti del midollo osseo e dopo maturazione negli organi linfoidi primari (midollo osseo e timo) esercitano la loro funzione in organi e tessuti secondari. CELLULE B Sono i precursori delle cellule produttrici di anticorpi. Essendo capaci di riconoscere e legarsi a scopo difensivo agli antigeni, la loro risposta viene detta anticorpale. In altre parole i linfociti B interagiscono con l’antigene differenziandosi in 2 tipologie cellulari: PLASMACELLULE producono anticorpi che sono gli effettori umorali specifici della risposta primaria CELLULE DELLA MEMORIA cloni dei linfociti B che non si attivano immediatamente, ma rimangono in circolo con sulla superficie il profilo recettoriale dell’antigene che li attiva. In questo modo potranno produrre anticorpi in maniera più rapida e intensa ad un secondo tentativo di infezione.
Gli ANTICORPI sono proteine globulari del siero in grado di riconoscere e distruggere agenti extracellulari e tossine e sono capaci di intercettare e interagire con patogeni prima che questi penetrino nella cellula ospite. Essi agiscono soprattutto nel sangue e nelle mucose. Struttura : la struttura di base è un monomero formato da:
IgE coinvolte nelle reazioni allergiche e lisi dei parassiti intracellulari