Patogenicità e Virulenza: Interazioni tra Specie Diverse e Microbioti, Prove d'esame di Microbiologia

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PATOGENICITA’ E VIRULENZA

1 ° Lezione

INTERAZIONI TRA SPECIE DIVERSE

Neutralismo le specie non hanno relazioni tra di loro Competizione le specie condividono le stesse esigenze contendendosele Protocooperazione entrambe le specie traggono vantaggio dal loro rapporto obbligatorio Mutualismo entrambe le specie traggono vantaggio dal loro rapporto non obbligatorio Commensalismo una specie trae dei vantaggi, l'altra non ottiene nulla, ma non perde nulla Inquilinismo una specie trae dei vantaggio, l'altra no: Con questo termine si intende che due specie occupano pacificamente lo stesso spazio. Parassitismo una specie ottiene dei forti vantaggi, l'altra addirittura ne soffre Predazione Una specie domina sull'altra

RAPPORTI TRA MICRORGANISMI ED

ORGANISMI SUPERIORI:

One example of mutualism is that between legume plants and bacteria of the genus Rhizobium. Rhizobium are nitrogen fixing bacteria. They are important in terms of ecology and agriculture by providing plants with organic nitrogen (usable nitrogen) from the atmospheric nitrogen the bacterium took in. The bacteria induce the formation of and live in nodules on the roots of the legumes

La maggior parte dei microrganismi sono utili

♦nell'ambiente sono coinvolti in importanti cicli della materia,

trasformazioni geochimiche e processi biologici

♦produttori di sostanze utili (antibiotici, farmaci, proteine, ecc.) e quindi

sfruttati nell'industria (alimentare, farmaceutica, ...)

Cellule di Saccharomyces cerevisiae osservate al microscopio Gli Attinomiceti (Actinobacteria) sono un raggruppamento di batteri Gram positivi. Sono filamentosi e hanno una crescita di tipo miceliare. You can see one of his agar plates here with five different species of Streptomycetes. All of these bacteria normally live in the soil and make antibiotics.

APATOGENI ED OPPORTUNISTI

 Saprofiti: specie non patogene che hanno

come habitat abituale l’ambiente esterno (è il gruppo più

cospicuo di microrganismi, che ricava nutrimento dalla

materia organica animale e vegetale in decomposizione)

 Commensali: specie non patogene che hanno come habitat

abituale organismi superiori

Saprofiti e commensali, in

particolari condizioni possono

assumere il ruolo di patogeni:

si parla in questo caso di

opportunisti

Pseudomonas aeruginosa

LA POPOLAZIONE MICROBICA RESIDENTE/

FLORA NORMALE

Il corpo umano è sterile alla nascita e va

incontro a colonizzazione al momento del

parto.

 distretti sterili : vie sanguigne e

linfatiche, organi interni, sistema

nervoso

 distretti colonizzati: tutte le parti

comunicanti con l'esterno: cute e mucose

(cavità orale, prime vie respiratorie,

apparato intestinale, uro-genitale,

congiuntiva, canale uditivo esterno)

Quantità di microrganismi presenti in ufc/ml, ufc/g, ufc/cm Vantaggi per l’ospite  produzione di vitamine e fattori nutrizionali stimolazione e maturazione del sistema immunitario  competizione con patogeni Vantaggi per il microbiota  Disponibilità di nutrienti  Condizioni ambientali ottimali (temp., pH, O2, aw)

(SIMBIOSI MUTUALISTICA)

Il numero totale di batteri (oltre 1014 =

100. 000 miliardi) che normalmente colonizza il corpo umano supera di un ordine di grandezza il numero di cellule che lo costituiscono ( 1013 ).

LA POPOLAZIONE MICROBICA RESIDENTE/ FLORA NORMALE oltre 1000 specie diverse

E’ possibile suddividere i microbioti del tratto GI in tre gruppi in

relazione al loro comportamento nei riguardi dell’ospite umano :

- potenzialmente dannosi : Proteus, Staphylococcus, Clostridi,

Veillonella, Prevotella, Candida

- indifferenti o benefici: Bacteroides, batteri enterici ,

Enterococcus.

- benefici : Lactobacillus, Eubacterium, Bifidobacterium

I MICROBIOTI RESIDENTI DEL TRATTO

GASTRO INTESTINALE

Bifidobatteri Lattobacilli

Gram positivi, Anaerobi obbligati

Gram positivi, Anaerobi facoltativi

Antagonismo con potenziali patogeni

Antagonistic activities of lactobacilli and bifidobacteria against microbial pathogens

Servin A.L. FEMS Microb. Review , 2004, 28 , 405- 440

I MICROBIOTI RESIDENTI DEL TRATTO

GASTRO INTESTINALE: COSA FANNO?

FUNZIONI NUTRITIVE-METABOLICHE

Sintesi e produzione Metabolismo

1 - vitamine del gruppo B 1 - acidi biliari

2 - vitamina K 2 - farmaci

3 - acidi grassi a catena corta

(BUTIRRATO, PROPIONATO

ACETATO)

MICROBIOTI E SISTEMA IMMUNE

1 - importante ruolo nello SVILUPPO e OMEOSTASI del

sistema immunitario

2 - produzione di s-IgA

I MICROBIOTI RESIDENTI DEL TRATTO

GASTRO INTESTINALE: COSA FANNO?

L’IMPORTANZA DEL MICROBIOTA

AUTOCTONO

Peterson, D. A. et al. ”IgA response to symbiotic bacteria as a mediator of gut homeostasis.” Cell Host Microbe 2 , 328 – 339 ( 2007 )

….. una massa biologica che sta assumendo sempre più importanza

scientifica per le sue capacità interattive con il sistema immunitario

innato e la possibilità di “istruirlo” in senso tollerogenico o

reattogenico.

Le migliorate condizioni igieniche e la riduzione della precoce esposizione ai

microbi sono state associate difatti ad un aumentato rischio di malattie

allergiche. L’ipotesi igienica che ne è scaturita, ha portato alla considerazione

che la composizione globale della flora batterica, che colonizza sin dalla

nascita l’intestino, sia cruciale per la maturazione, in senso salutare,

del sistema immunitario, rappresentando la più abbondante e precoce

fonte di stimolazione. Gli studi su come questo tipo di stimolo avvenga e quale

siano le cellule e le molecole interessate sono ancora poco conosciuti ma

progrediscono ogni giorno apportando nuove conoscenze sui meccanismi

molecolari della interazione tra sistema immune innato e ambiente. La

comprensione di tali meccanismi che sono poi alla base dello sviluppo di

patologie quali l’allergia, l’autoimmunità o le IBD (malattie

infiammatorie intestinali), è complicato dalla complessità dell’ambiente

da studiare. La risposta anticorpale intestinale basata sulla secrezione di IgA,

ha un ruolo chiave nello stabilire e mantenere un rapporto non infiammatorio

tra l’ospite e il microbiota.

INTERAZIONE OSPITE-PARASSITA DAL

PUNTO DI VISTA ECOLOGICO

 NICCHIA ECOLOGICA: habitat dove vive la specie microbica Tropismo (nicchia altamente specifica): H.p.  SERBATOIO: E' costituito dall'organismo, animale o vegetale, o dall'ambiente nel quale il microrganismo abitualmente vive e si moltiplica. (suolo: serbatoio di spore batteriche)  HOST RANGE:organismi suscettibili di infezione (restricted, large. N.m; E.coli )

Bacillus anthracis is a type of

aerobic spore-forming bacteria

that causes anthrax disease.

INTERAZIONE OSPITE-PARASSITA DAL

PUNTO DI VISTA ECOLOGICO

Un fattore significativo nelle interazioni ecologiche tra batteri ed

uomo è dato dalla

diversa sensibilità alle malattie infettive

di individui diversi.

“Anche le pesti più devastanti hanno raramente ucciso tutti i

membri di una comunità, e la sopravvivenza della specie può

dipendere dalla “lotteria darwiniana” che, attraverso una serie di

meccanismi diversi, rende alcuni individui più resistenti ad alcuni

microrganismi, ed altri verso microrganismi differenti.”

INFEZIONI LATENTI E STATO DI

PORTATORE

INFEZIONI LATENTI:

microrganismo permane nel corpo dell’individuo senza che insorga una patologia evidente, ma può determinare una malattia mesi o anni più tardi. In alcuni casi è possibile individuare la causa che scatena il riemergere del microrganismo: ad esempio, i farmaci immunosoppressori o citotossici possono riattivare la tubercolosi in un individuo i cui processi immunologici abbiano mantenuto il batterio allo stato latente. Spesso, tuttavia non esiste una chiara spiegazione della riattivazione. Mycobacterium tuberculosis are seen as acid-fast bacilli when stained with the Zeihl- Neelsen acid-fast stain and viewed at 1,000X magnification.

Tubercolosi latente: Bacilli dormienti nei granulomi

INFEZIONI LATENTI E STATO DI

PORTATORE

 Portatore di un microrganismo patogeno è, invece, un ospite che, pur albergando il microrganismo ed in grado di diffonderlo, risulta immune alla malattia; questo stato talvolta s’instaura senza che si sia verificata la malattia in precedenza.  Lo stato di portatore è spesso instabile e termina dopo alcune settimane; tuttavia, dopo alcune malattie, come la febbre tifoide e la gonorrea, gli individui possono rimanere portatori indefinitivamente, fornendo così un continuo serbatoio per il microrganismo infettante. Colonial growth pattern displayed by Salmonella typhi cultured on a Hektoen enteric (HE) agar. S. Typhi colonies grown on HE agar are blue-green in color indcating that the bacterium does not ferment lactose However it does produce hydrogen sulfide, (H 2 S), as indicated

by black deposits in the centers of the colonies.