Scarica Microbiologia: Gli involucri batterici - Seconda lezione 16/11/16 e più Appunti in PDF di Microbiologia solo su Docsity!
Microbiologia Seconda lezione 16/11/ Gli involucri batterici La parete del gram positivi, è molto semplice. È costituita da uno strato esterno di peptidoglicano (strato rosa nella figura) e da una parte interna chiamata membrana citoplasmatica (elemento giallo). Gli involucri dei batteri gram negativi sono invece più complessi poiché, andando dall’ interno verso l’ esterno (vedi la figura sopra) abbiamo: la membrana citoplasmatica (strato giallino in figura), lo spazio periplasmico e la membrana esterna. Questa è la rappresentazione schematica della parete dei batteri gram positivi (a sinistra) e gram negativi (a destra). La composizione chimica è la seguente: la parete dei batteri gram positivi è costituita da acidi tecoici e peptidoglicano; mentre i gram negativi hanno un involucro costituito da peptidoglicano e una membrana esterna che manca nei gram positivi e che ha una sua peculiarità: è costituita da lipopolisaccaridi LPS , lipidi e proteine.
La parete cellulare possiede una struttura rigida (data esclusivamente dal peptidoglicano) che conferisce una forma alla cellulare a la protegge da fattori esterni. Parete cellulare Gram positivi. La sua peculiarità risiede nel presentare gli acidi tecoici e gli acidi teicuronici. Gli acidi tecoici sono dei polimeri, costituiti da gruppi fosforici alternati a monomeri di zuccheri piccoli (con pochi atomi di carbonio nella catena principale) e monomeri di ribitol tecoico. Gli acidi teicuronici sono molto simili agli acidi tecoici. Sono dei
nella struttura a quella dei gram negativi; uno spazio, lo spazio periplasmico che è lo spazio in cui ruota il sottile strato di peptidoglicano (nei gram positivi lo strato è più spesso) e contiene enzimi idrolitici che servono alla digestione enzimatica, quali fosfatasi, proteasi. Quest’ ultimi enzimi servono per attaccare i componenti fondamentali del collagene qualora i batteri dovessero trovarsi in sua presenza che li danneggerebbe. Inoltre le proteasi sono proteine di trasporto perché questo strato è lo strato fondamentale per il passaggio dei componenti del peptidoglicano che vengono sintetizzati nella cellula o al massimo a livello della membrana citoplasmatica e che devono essere poi spostati dall’ interno verso l’ esterno e inseriti nello spazio giusto del peptidoglicano. La membrana esterna , che appartiene alla struttura della parete dei gram negativi, è a sua volta suddivisa in due foglietti: il foglietto interno ed il foglietto esterno. Il foglietto interno è costituito da fosfolipidi, lipoproteine e altre strutture. I fosfolipidi sono disposti in uno strato, in cui le teste (gruppi fosfato) sono rivolte verso l’ interno della membrana per la presenza di ambiente idrofilo, e le due gambette idrofobe (catene acidi grassi) sono rivolte verso l’ esterno dove trovano contatto con il Lipide A dell’ LPS, creando appunto un’ affinità chimica. Il foglietto esterno è costituito da lipopolisaccaridi (LPS) e/ o endotossina batterica ed è lo strato finale della membrana esterna della parete batterica. Qui e là (non ovunque) sono disposte porine , strutture proteiche a forma di cubo che permettono la diffusione passiva di piccole molecole idrofile in ambiente idrofobo, perché la struttura della parete cellulare è per lo più idrofoba. Questa struttura avvantaggia i batteri gram negativi rispetto a quelli gram positivi in quanto le sostanze dannose che possono penetrarvi sono sostanze idrofile che si disciolgono in ambiente acquoso, pertanto questo stato lipidico è importante per difendersi dall’ attacco di tali sostanze. Inoltre le porine giocano un ruolo fondamentale nella nutrizione dei batteri stessi, poiché le molecole da ingerire quali proteine, zuccheri, sono idrofile e
arrivano all’ interno della cellula attraverso il canale delle porine, oltrepassando lo strato lipidico. Questa è la struttura della parete dei batteri gram negativi. Sostante polimeriche extracellulari Le sostanze polimeriche extracellulari sono strutture di varie dimensioni associate a numerose specie batteriche e sono: capsula e slime. La capsula è una struttura rigida tenacemente aderente all’ involucro cellulare di ogni singolo batterio. È una sostanza viscosa che forma uno strato di rivestimento, un involucro intorno alla cellula. La struttura è amorfa gelatinosa e presenta un’ alta variabilità di spessore, per cui ci sono capsule molto sottili e capsule molto spesse. Per la sua viscosità, non si allontana mai dalla cellula costituendo così un rivestimento protettivo. Lo slime è una massa amorfa viscosa che circonda le cellule batteriche e non una sola, per cui nello slime sono immerse le cellule batteriche che insieme allo slime formano il biofilm. Il biofilm è presene in numerose condizioni ambientali, quali
capsula presenta acidi uronici che trattengono acqua in maggiore quantità degli zuccheri semplici. Funzioni SPE Le funzioni delle sostanze polimeriche extracellulari sono: l’ aderenza , la protezione e la virulenza. Queste sostanze sono aderenti perché soprattutto lo slime, ma anche la capsula, impartiscono una elevata potenzialità di aderenza alle cellule immerse in questo slime. Un esempio è il biofilm della placca dentaria. La placca dentaria che si trasforma in tartaro se non è eliminata, è una struttura giallastra che si accumula sui denti in mancanza di una buona igiene orale ed è formata da batteri immersi in questa struttura polimerica extracellulare, ossia sostanze prodotte dai batteri, dalla saliva del cavo orale, proteine, ecc… un altro esempio riguarda il biofilm molto pericoloso che si viene a creare sulle valvole cardiache. In questa situazione patologica si ha che sulla superficie delle valvole cardiache, posizione critica, si va ad accumulare un ammasso di batteri immerso nella sostanza polimerica extracellulare che li trattiene in modo irreversibile sulla superficie delle valvole. Se non ci fosse stato lo slime, grazie al movimento della valvola cardiaca ( 60/ 70 volte al minuto), i batteri sarebbero stati dilaniati via dal torrente circolatorio. La virulenza è un’ altra funzione delle sostanze polimeriche extracellulari. Il concetto di virulenza varia da Paese a Paese. Per la microbiologia italiana, la virulenza consiste nella capacità di replicarsi di un ospite e basta. Che si tratti di un batterio patogeno, saprofita, dal punto di vista della virulenza non è rilevante. Qualsiasi batterio che si riproduce in un organo che deve essere sterile, quale fegato o cervello, oltre che ad essere virulento è anche patogeno. La patogenicità ossia la capacità di indurre a malattia è data dalla somma della virulenza e dalla tossinogenicità. La tossinogenicità invece è propria dei batteri patogeni e consiste nella capacità di sintetizzare e rilasciare tossine. Per la microbiologia italiana, la patogenicità è la capacità di causare una malattia ed è costituita da due parti: la prima parte è la virulenza, ossia la capacità di replicarsi e basta; la seconda parte invece è la tossinogenicità che è la capacità di rilasciare tossine, sostanze dannose che venute a contatto con l’ ospite portano direttamente o indirettamente un danno all’ ospite. Ci sono anche batteri capaci di riprodursi ma che non inducono a malattia
in quanto non rilasciano tossine, come ad esempio i batteri del cavo orale o della mucosa vaginale femminile. In quel caso bisogna constatare la loro patogenicità, cioè se rilasciano tossine oppure sono presenti in organi che devono essere sterili. Quindi il Italia, il concetto di virulenza è totalmente diverso dal concetto di tossinogenicità. Questa sostanze polimeriche extracellulare soprattutto la capsula, ma anche lo slime, sono importanti come fattori di protezione , in quanto consente di replicarsi liberamente in un ospite poiché i fagociti professionali, quali anche gli anticorpi, non possono fagocitare un batterio capsulato e la capsula rappresenta un fattore di inibizione della fagocitosi batterica. In questo caso il batterio è virulento e la capsula è il fattore di virulenza, perché dato che non viene ucciso può replicarsi liberamente inducendo a malattia. La chimica della capsula del Bacillus anthracis La chimica della capsula del batterio Bacillus anthracis, è una struttura polisaccaridica. È formata da un peptide ma è considerato un poliamminoacido perché è costituito essenzialmente da molecole tutte uguali di acido D – glutammico. Manca la componente del messaggio genetico che è propria di una proteina, in quanto la proteina è codificata dall’ acido nucleico che impartisce un messaggio genetico e nel caso dell’ acido poli D - glutammico non vi è nessun messaggio perché tuti gli amminoacidi sono gli stessi e in assenza del codice non si può parlare di proteina. Ciò è presente solo nel Bacillus anthracis ed è fattore di virulenza in quanto protegge la cellula dalla fagocitosi.
Esempi di lipide A
- Tipici e con alta attività biologica (E. Coli del ceppo rugoso) È costituito da una diglucosammina, due fosfati alle estremità, sei acidi grassi a catena media (12-14), a numero pari di atomi di Carbonio, saturi, quindi senza doppi legami, e senza ramificazioni. Il lipide A tipico ha alta attività endotossica e viene definito lipide A buono. Variabilità della struttura legata alla natura del core e del polisaccaride O LPS a ceppo rugoso e liscio I termini rugoso e liscio si riferiscono all’aspetto macroscopico della superficie delle colonie di genere batterico, ovviamente gram negative, cresciute su un terreno solido. Possono avere un aspetto macroscopicamente liscio, translucido, come se le molecole fossero imbibite d’acqua o possono avere un aspetto più irregolare, quindi rugose, che quindi hanno la possibilità di trattenere una quantità minore di acqua. Questo loro aspetto dipende proprio dalla quantità degli zuccheri presenti nel core e nel polisaccaride O che hanno questi determinati ceppi batterici: più la porzione zuccherina è lunga, più quell’LPS è idrofilo, quindi sono in grado di assorbire una grande quantità di acqua dal terreno solido, e la superficie della loro colonia sarà liscia. Ci sono però alcuni ceppi batterici che sono dei mutanti che per difetti enzimatici proprio e mantenuti nella progenie, non riescono a sintetizzare il polisaccaride O; mancandogli questa parte molto consistente e ricca di gruppi idrofili, la loro superficie sarà rugosa.
Anche a livello del core ci possono essere difetti enzimatici. Ex. Chemotipo R(a) Gli manca soltanto il polisaccaride O, mentre il core esterno e il core interno sono completi. Più zuccheri mancheranno a causa di un gene inespresso, più il core sarà breve, fino ad arrivare da R(b), R(c)… fino ad R(E), che è l’ultimo. Ex. Chemotipo R(e) Il core è composto solo da 2 o 3 molecole di KDO. Questo storicamente è definito il chemotipo più piccolo ( profondamente rugoso ) compatibile con la vita. Esistono anche dei ceppi senza KDO ma possono sopravvivere solo in condizioni estreme di laboratorio, ma non spontanee naturali fisiologiche. Variabilità legata alle diverse tipologie di lipide A Anche se il lipide A è la parte più conservata prevede una certa variabilità.
- Lipide A ad elevata tossicità (può essere simmetrico o asimmetrico) Ex. E.Coli, ha tutte le caratteristiche degli LPS tipici, è un tipico asimmetrico e altamente endotossico Ex. Nesseria, ha tutte le caratteristiche degli LPS tipici ma gli acidi grassi sono distribuiti simmetricamente alle glocosammine; è un tipico simmetrico e ugualmente altamente endotossico
L’LPS viene veicolato nel circolo da una molecola LBP (sintetizzata nel fegato) che è una proteina, che lo trasporta fino al recettore dove lo cede al CD14, che ha un’affinità molto elevate per l’LPS. Il CD14 interagisce con TLR4 e con MD2 e attiva il messaggio che viene trasferito da TLR4 a messaggeri intracitoplasmatici (MyD88 ecc.) che porteranno il messaggio fino al fattore di trascrizione nucleare, che entra nel nucleo e attira altri geni, destinati a codificare per citochine e altri mediatori dell’LPS. Come va in circolo l’LPS La lisi dei batteri gram negativi può avvenire spontaneamente quando il batterio muore e quindi libera LPS; può essere liberato e mandato in circolo quando si uccide il batterio con l’antibiotico; oppure ancora il batterio produce più LPS di quanto ne sia necessario alla sua funzionalità e struttura (ex cocchi gram negativi come la ‘Nesseria’). Successivamente all’attivazione dei recettori, vengono rilasciati i fattori che poi sono responsabili dei dell’infiammazione sistemica e dei danni a organi e tessuti. Attività biologiche delle endotossine Le endotossine o spontaneamente liberate dai batteri gram negativi, o somministrata in un’animale in un esperimento, causano questi fenomeni biologici:
- pirogenicità
- leucopenia e poi leucocitosi
- attivazione del complemento
- reazione di Shwartzman (che è una reazione impiegata su cavie che consiste nella somministrazione intradermica di una quantità piccola di LPS batterico, che non produce effetti né localmente né sistemicamente; dopo 24 ore si somministra una dose per via sistemica –intramuscolo o intravenosa – di un’altra dose, scatenante, anch’essa subletale, che spesso non causa nessun danno. Questa seconda dose causerà nel sito della prima somministrazione, detta zona sensibilizzante, una reazione di tipo necrotico o emorragico)
- ipotensione
- attivazione del fattore di Hagman
- attivazione piastrinica
- ipotermia del topo
- effetto letale a dosi variabili a seconda della specie (Ex. Il coniglio e l’uomo sono molto sensibili, mentre ratto e babbuino sono poco sensibili e servono dosi molto elevate per vedere gli effetti biologici.)
