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Lezione 14 26-04-2021

STREPTOCOCCHI

Il genere Streptococcus comprende diversi batteri Gram-positivi, sferici o ovoidali di 2

𝜇𝑚

di diametro e si dispongono

a catenella, con lunghezza proporzionale alla ricchezza del terreno. Sono anaerobi facoltativi con preferenza in

anaerobiosi, in quanto capaci solo di metabolismo fermentativo. A differenza di stafilococchi e micrococchi, sono

catalasi-negativi (non producono catalasi). Sono immobili, asporigeni e capsulati. Più o meno esigenti dal punto di vista

nutrizionale a seconda della specie, per tutti risulta comunque utile l’aggiunta di liquidi organici (siero, sangue) ai terreni

di coltura. Alcune specie sono altamente patogene (S. pyogenes, S. agalatiae, S. pneumoniae), mentre altri sono

commensali (come nel cavo orale); quest’ultimi generalmente non sono associati a manifestazioni cliniche.

S. pyogenes.

Classificazione

Gli streptococchi hanno diverse modalità di classificazione:

- Emolisi

o Alone di emolisi durante la crescita in terreno agar-sangue

𝛼

-emolisi: emolisi parziale

𝛽

-emolisi: zona di emolisi completa, in cui dove c’è l’emolisi si ha un colore trasparente e quindi

intorno alle colonie abbiamo una lisi dei globuli rossi e il colore è meno intenso (es. S. pyogenes)

𝛾

-emolisi: assenza di emolisi

- Gruppo di Lancefield

o Classificazione sierologica in base ai principali antigeni polisaccaridici

o Gruppi A, B, C, D, F e G

- Specie

o Raggruppati in specie in base alle reazioni metaboliche

o Numerose specie

Gruppo di Lancefield (Test di agglutinazione biglie di lattice)

Rebecca Lancefield è stata un’importante ricercatrice della Rockfeller University di New York e ha delineato questo

tipo di classificazione batterica, in base ai principali antigeni polisaccaridici. Vengono presi anticorpi e messi in contatto

con i polisaccaridi capsulari. In particolare, gli streptococchi vengono lisati, così che si liberino gli epitopi che sono

presenti sulla struttura del batterio; vengono messi a contatto con delle particelle di lattice, a cui è legato un anticorpo

contro ciascun specifico antigene di Lancefield (A, B, C, D, F, G) e, nella pratica, viene depositata una goccia della

sospensione batterica in questi pozzetti in cui sono presenti le particelle di lattice e, laddove avverrà il riconoscimento,

ci sarà il legame che porterà agglutinazione di queste biglie di lattice (formazione di un bottoncino centrale). Se, ad

esempio, il nostro campione risulterà positivo nel gruppo B, allora avremo di fronte uno streptococco di gruppo B.

Classificazione dei comuni streptococchi

S. pneumoniae non corrisponde a classificazione sierologica.

Gli streptococchi viridanti (dal latino “viridans”, cioè verde) sono

batteri commensali del cavo orale; in realtà lo S. mutans può essere

coinvolto nello sviluppo di carie.

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Lezione 1 4 26 - 04 - 2021

STREPTOCOCCHI

Il genere Streptococcus comprende diversi batteri Gram-positivi, sferici o ovoidali di 2 𝜇𝑚 di diametro e si dispongono a catenella, con lunghezza proporzionale alla ricchezza del terreno. Sono anaerobi facoltativi con preferenza in anaerobiosi, in quanto capaci solo di metabolismo fermentativo. A differenza di stafilococchi e micrococchi, sono catalasi-negativi (non producono catalasi). Sono immobili, asporigeni e capsulati. Più o meno esigenti dal punto di vista nutrizionale a seconda della specie, per tutti risulta comunque utile l’aggiunta di liquidi organici (siero, sangue) ai terreni di coltura. Alcune specie sono altamente patogene ( S. pyogenes , S. agalatiae , S. pneumoniae ), mentre altri sono commensali (come nel cavo orale); quest’ultimi generalmente non sono associati a manifestazioni cliniche. S. pyogenes. Classificazione Gli streptococchi hanno diverse modalità di classificazione:

Emolisi o Alone di emolisi durante la crescita in terreno agar-sangue o 𝛼-emolisi: emolisi parziale o 𝛽-emolisi: zona di emolisi completa, in cui dove c’è l’emolisi si ha un colore trasparente e quindi intorno alle colonie abbiamo una lisi dei globuli rossi e il colore è meno intenso (es. S. pyogenes ) o 𝛾-emolisi: assenza di emolisi
Gruppo di Lancefield o Classificazione sierologica in base ai principali antigeni polisaccaridici o Gruppi A, B, C, D, F e G
Specie o Raggruppati in specie in base alle reazioni metaboliche o Numerose specie Gruppo di Lancefield (Test di agglutinazione biglie di lattice) Rebecca Lancefield è stata un’importante ricercatrice della Rockfeller University di New York e ha delineato questo tipo di classificazione batterica, in base ai principali antigeni polisaccaridici. Vengono presi anticorpi e messi in contatto con i polisaccaridi capsulari. In particolare, gli streptococchi vengono lisati, così che si liberino gli epitopi che sono presenti sulla struttura del batterio; vengono messi a contatto con delle particelle di lattice, a cui è legato un anticorpo contro ciascun specifico antigene di Lancefield (A, B, C, D, F, G) e, nella pratica, viene depositata una goccia della sospensione batterica in questi pozzetti in cui sono presenti le particelle di lattice e, laddove avverrà il riconoscimento, ci sarà il legame che porterà agglutinazione di queste biglie di lattice (formazione di un bottoncino centrale). Se, ad esempio, il nostro campione risulterà positivo nel gruppo B, allora avremo di fronte uno streptococco di gruppo B. Classificazione dei comuni streptococchi S. pneumoniae non corrisponde a classificazione sierologica. Gli streptococchi viridanti (dal latino “viridans”, cioè verde) sono batteri commensali del cavo orale; in realtà lo S. mutans può essere coinvolto nello sviluppo di carie.

Identificazione di Cocchi facoltativi Gram positivi Uno streptococco può essere classificato in base alle varie caratteristiche. Per prima cosa vedrò che è un Cocco positivo e dovrò distinguerlo dagli altri positivi come lo Stafilococco, attraverso il test della catalasi, a cui è positivo lo stafilococco, ma negativo lo streptococco. Tra gli streptococchi ancora posso distinguerli in base all’emolisi su piastre di agar-sangue e avrò, quindi, quelli beta-emolitici (emolisi completa) e in questo caso potrò distinguere uno streptococco di gruppo A o S. pyogenes da streptococchi beta-emolitici ma non di gruppo A, attraverso il test della bacitracina, ossia mettendo un dischetto imbevuto di bacitracina, si vede che lo Streptococcus pyogenes è sensibile, mentre non gli altri di gruppo A. Tra gli altri streptococchi non di gruppo A, possiamo distinguere lo S. agalatiae , di gruppo B, rispetto agli altri, grazie ad un altro test biochimico che è il CAMP test. Ancora tra quelli alfa-emolitici possiamo distinguere uno streptococco altamente patogeno come lo S. pneumoniae , rispetto agli streptococchi viridanti, che sono normali commensali del cavo orale, utilizzando il test dell’optochina, che verso lo Streptococcus pneumoniae è sensibile (mettendo un dischetto imbevuto di optochina non cresce), a differenza dei viridanti. Infine, tra gli streptococchi gamma-emolitici possiamo selezionare gli enterococchi, per la loro alta resistenza a crescere in terreni contenenti un’alta concentrazione di sale e bile. Combinando tra di loro test biochimici e di emolisi, si possono distinguere e fare identificazione di diversi batteri Gram positivi. Streptococchi e le loro malattie I diversi streptococchi sono coinvolti in diverse manifestazioni cliniche, in caso in cui entrano in circolo o vanno a distribuirsi in regioni sterili:

S. pyogenes (gruppo A): faringite, febbre scarlatta, cellulite, fascite necrotizzante, sindrome da shock tossico per streptococco, batteriemia, febbre reumatica, glomerulonefriti
S. agalatiae (gruppo B): infezioni neonatali (meningite, polmonite, batteriemia), infezioni del tratto urinario, endometriti, infezioni di ferite, polmonite, batteriemia
Altri streptococchi beta-emolitici: faringite, formazione di ascessi, batteriemia
S. pneumoniae : polmonite, sinusite, otite media, meningite, batteriemia
Streptococchi del gruppo dei viridans: batteriemia, endocarditi, formazione di ascessi, carie dentali. STREPTOCOCCUS PYOGENES Più patogeni che spesso danno manifestazioni cliniche. Fanno parte del gruppo A e sono beta-emolitici. Causano principalmente infezioni dell’apparato respiratorio, pelle, invasive e sequele non suppurative, cioè non dovute alla presenza del batterio, ma dovute alla risposta immunitaria sviluppata contro di esso. Molti genomi sequenziati (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M12, M18, M23, M28, M44, M49, M50…). Nell’immagine è evidente l’alone biancastro intorno alle colonie, segno di emolisi completa.

aiutando il batterio a farsi un varco; la streptochinasi, che va ad evitare la formazione di coaguli nel circolo sanguigno, inducendo la rottura dei coaguli di fibrina, cosicché il batterio non venga catturato da coaguli. Interazione GAS-fattori del complemento Lo streptococco di gruppo A (GAS) agisce anche andando a bloccare a diversi livelli il sistema del complemento (si attiva mediante 2 vie: classica e alternativa). Il complemento è un meccanismo di difesa fondamentale nei confronti dei batteri, i quali sono così abili nello sfuggirlo, andando a bloccare C5a, che è un fattore chemiotattico e richiamerebbe diverse cellule del sistema immunitario. Lo S. pyogenes produce anche delle proteine che vanno ad inibire il legame dei primi fattori del complemento, come il C1q; poi, ancora, produce la proteina M e M-like, che interagiscono con il fattore H, andando ad inibire la progressione della cascata del complemento. Infine, la capsula dell’acido ialuronico ha un’azione che evita l’opsonizzazione e quindi permette di sfuggire all’azione del complemento. Infezioni causate da S. pyogenes :

Faringite (più frequente, dovuta alla colonizzazione delle vie respiratorie)
Scarlattina
Piodermite (infezione purulente della pelle)
Erisipela (infezione cutanea)
Cellulite (infezione tessuti sottocutanei)
Malattie invasive o fascite necrotizzante (infezione dei tessuti sottocutanei con distruzione tissutale) o sindrome da shock tossico
Febbre puerperale
Sequele non-suppurative o febbre reumatica (coinvolge il tessuto cardiaco) o glomerulonefrite acuta
Endocardite (se arriva al cuore)
Otiti o meningiti (più rare, se arriva a tali distretti) Manifestazioni cliniche
Faringite: andamento stagionale; sequela associata (febbre reumatica). Caratterizzata dalla formazione di placche, va curata con una terapia antibiotica. La persistenza dell’infezione, se non opportunamente debellata, può indurre lo sviluppo di anticorpi e di una risposta infiammatoria, causando la febbre reumatica (sequela non suppurativa associata).
Scarlattina: talvolta complicazione della faringite (produzione di esotossine SpeA, SpeB, SpeC, SpeF); associata a sequele (glomerulonefrite acuta). Tipico segno della scarlattina è l’eruzione cutanea.

Impetigine: infezione purulenta dell’epidermide
Erisipela: infezione acuta del derma con febbre e tossicità sistemica.
Cellulite: infezione tessuti sottocutanei che spesso origina da ferite o bruciature.
Sindrome da shock settico: simile alla TSS da S. aureus ; elevata mortalità (30-70%); fattori di virulenza coinvolti sono tossine eritrogeniche, superantigeni e proteina M (diversi sierotipi). I segni clinici di severità sono ipotensione più due o più dei seguenti: coagulopatia, sindrome di stress respiratorio acuta, rash cutaneo, petecchie, necrosi di tessuti…
Fascite necrotizzante: caratterizzata dalla necrosi dei tessuti molli ed è una malattia sistemica grave, che può portare a shock, morte, blocco funzionale di organi vitali come il cuore, reni, polmoni o il fegato
Febbre reumatica: malattia cronica autoimmunitaria ; sequela non suppurativa di faringite (1-3 settimane dopo); predisposizione genetica; diagnosi sierologica: Ab anti-DNaseB e ASO; persistenza di faringite/tonsillite favorisce lo sviluppo di autoanticorpi e linfociti T citotossici cross-reattivi verso epitopi self (porzioni ripetute della proteina M) in cuore, cervello, articolazioni, vasi sanguigni, pelle…
Glomerulonefrite: sequela di faringite o più spesso di infezioni cutanee da GAS (1-4 settimane); diagnosi sierologica: Ab anti-DNAsi Be anti-ialuronidasi; correlazione sierotipo-nefrotossicità (cioè ci sono dei ceppi specifici più spesso correlati a questa manifestazione clinica); maccanismi di patogenicità: o Complessi Ag/Ab circolanti si depositano in organi/vasi, attivano il complemento; quando si depositano nel rene causano infiammazione e danno tissutale o Reazione di autoimmunità dovuta alla cross-reattività della proteina M12 con proteine della matrice della membrana basale del glomerulo renale.

Immagine al microscopio elettronico dello pneumococco; è evidente la grande quantità di capsula che lo avvolge. Principali forme cliniche di malattie da pneumococco

Forme mucosali non invasive: o Otite media o Sinusite o Polmonite
Forme invasive: o Batteriemia, dovuta all’ingresso in circolo dei batteri o Meningite, se i batteri arrivano a livello del cervello. Competenza in Streptococcus pneumoniae Lo pneumococco fu protagonista dell’esperimento di Griffith, il quale prevedeva l’uso di batteri capsulati e non capsulati, i primi infettivi perché la capsula li protegge dal sistema immunitario dell’ospite. Se somministrati i batteri capsulati nel topolino, infatti, esso moriva, a differenza del caso in cui venissero somministrati i batteri acapsulati o i batteri capsulati ma inattivati al calore. Se, invece, si somministrava una miscela di batteri capsulati inattivati al calore e batteri acapsulati il topolino moriva e in circolo si trovavano batteri capsulati vivi, che non erano mai stati somministrati, e capsulati uccisi, che avevano trasmesso al batterio ricevente non capsulato l’informazione genetica per produrre la capsula. Questo può avvenire perché S. pneumoniae ha la competenza naturale alla trasformazione genica (quindi è in grado di acquisire lo stato fisiologico transitorio della cellula ricevente, durante il quale può incorporare DNA). La competenza viene indotta anche tramite il rilascio di peptidi (es. CSP), prodotti dalle cellule competenti e capaci di indurre competenza in cellule non competenti. La competenza raggiunge la massima intensità in momenti precisi della curva di crescita, cioè nei momenti iniziali della fase esponenziale di crescita; si parla di “quorum sensing”, cioè i batteri comunicano tra di loro e si scambiano fattori di competenza. Fattori di virulenza :
Capsula (funzione antifagocitaria)
Pneumolisina (enzima che induce la lisi delle cellule bersaglio)
Proteine di superficie
Enzimi Capsula Principale fattore di virulenza, con composizione polisaccaridica. Ha la funzione di inibire la fagocitosi. Ne esistono oltre 90 sierotipi (struttura chimica e spessore), ogni sierotipo stimola la produzione di un anticorpo specifico diverso. I vaccini, quindi, devono contenere i principali anticorpi specifici anti-polisaccaridi capsulari. L’azione dell’antibiotico per eventuali terapie non dipende dalla capsula, perché agiscono su processi biosintetici analoghi indipendentemente dal sierotipo. La capsula è visibile al microscopio tramite colorazione di china, che colora in nero il batterio e lascia la capsula traslucida. PspA Proteina presente in tutti gli isolati clinici, è ancorata non covalentemente alla colina dei TA e LTA. Ha attività anti- fagocitaria, andando ad inibire l’attivazione della cascata (AP) del complemento. È una proteina immunogenica e induce

anche risposte immunitarie che possono proteggere, ma non viene utilizzata come componente dei vaccini, perché ci espone al rischio di reazioni autoimmunitarie. PspC Presente in tutti gli isolati clinici. Si presenta in molte varianti alleliche. È ancorata attraverso LPxTGE o colina. Conferisce resistenza alla fagocitosi e inibisce l’attivazione della cascata del complemento. Ha attività immunogenica ed è un antigene protettivo verso sepsi e “carriage”. Pneumolisina Presente in tutti gli isolati clinici, viene rilasciata dopo autolisi. Ha attività citolitica e citotossica (epitelio ciliato bronchiale, endotelio polmonare, ependima). Attiva la cascata del complemento (CP), in assenza di Ab specifici. Ha funzione pro-infiammatoria (IL-6, TNF-alfa…) e immunosoppressiva (fagociti). Presenta potenzialità vaccinale. Autolisina Presente in tutti gli isolati clinici. Presenta amidasi (ancorata alla colina), responsabile del turn over della sintesi della parete. Viene rilasciata in fase stazionaria della curva di crescita, provocando l’autolisi batterica. È un fattore di virulenza per attività pro-infiammatoria e favorisce la trasformazione batterica; infatti, il rilascio di frammenti di parete stimola le cellule del sistema immunitario a formare citochine, mentre DNA libero che viene rilasciato sarà poi acquisito da altri pneumococchi competenti per la trasformazione. Patogenesi dell’infezione pneumococcica È un batterio in grado di dare numerose manifestazioni cliniche. L’infezione può anzitutto derivare da pazienti infetti da pneumococco o da carrier asintomatici. Anche se questo è un forte patogeno, il 60% dei bambini in età prescolare sono portatori sani e fino al 30% dei ragazzi e degli adulti. Attraverso l’aerosol con le goccioline di saliva che contengono il batterio esso può essere inalato e potrà portare ad infezioni della cavità nasale (sinusite), o del tratto respiratorio, ma può anche localizzarsi a livello uditivo portando ad otite media (malattia fastidiosa e di notevole importanza, poiché situata nelle vicinanze delle meningi). Il batterio può anche entrare in circolo e dare batteriemie o andare nelle basse vie respiratorie, causando polmonite. Sviluppo malattia È crociale il fattore di patogenicità che è la capsula, che causa:

Infezione vie respiratorie: PsaA, PspC, PavA… (adesione), neuroaminidasi (invasione), pneumolisi (danno coclea, epitelio ciliato)
Malattia invasiva: capsula (resistenza opsonofagocitosi), PspA e Psp C (invasione, resistenza opsonofagocitosi), pneumolisina (citotossicità), PCW (infiammazione). Manifestazioni cliniche
Sinusite: andamento stagionale (spesso conseguenza di raffreddore).
Otite media: infezione orecchio medio; focolaio per meningite (per la sua localizzazione).
Polmonite: andamento stagionale; complicazione di influenza, morbillo; generalmente ha sede lobare; i gruppi a rischio sono i bambini al di sotto dei 2 anni, gli anziani e gli immunocompromessi; la mortalità è tra il 5 e il 10% superiore negli anziani.
Meningite: infiammazione meningi e liquor; prima causa di meningiti batteriche; mortalità (20-50%, nei gruppi più a rischio); nei soggetti che sopravvivono ci possono essere sequele post-infettive gravi (sordità, handicap cognitivi, cecità, paralisi…) fino al 30%; patogenesi: ematogena, contiguità, traumi.

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