Scarica Introduzione alla Microbiologia: Microrganismi Patogeni, Infezioni e Malattie - Prof. Dian e più Sbobinature in PDF di Microbiologia Clinica solo su Docsity!
Libro consigliato: Eudes Lanciotti “Microbiologia clinica”, 2017, CEA Siti Web di interesse microbiologico www.cdc.aov www.who.int/en/ www.iss.it www.ncbi.nlm.nih.gov DEFINIZIONI DI MICROBIOLOGIA Microbiologia: scienza che si occupa dello studio dei microrganismi Microbiologia medica: parte della Microbiologia che si occupa di studiare i microrganismi agenti etiologici (causali) delle malattie infettive Microbiologia si divide in due grandi tematiche:
- Generale
- Speciale
- Generale: Descrive le caratteristiche generali dei: Batteri Miceti (funghi) Protozoi Elminti Virus
- Speciale (va più in profondità): Classifica i microrganismi patogeni in base a delle caratteristiche generali come: Patogenesi: meccanismi con cui il patogeno determina la malattia Via di trasmissione: come passa da animale persona, oggetto persona Epidemiologia: studia la diffusione delle malattie nella popolazione (capire dove una malattia si trova geograficamente, che età colpisce, la sua incidenza, la sua prevalenza, stagioni dell’anno in cui è più presente) Patologie correlate: quale tipo di patologie determina Diagnosi di infezione: diagnosi di laboratorio utili per verificarne la presenza Terapia: provvedimenti adottati allo scopo di curare una malattia Profilassi: agire in senso anti-infettivo (vaccini), qualsiasi procedura medica il cui scopo è prevenire
ALBERO DELLA VITA
Bacteria Archea Eukarya Unicellulari Parete cellulare presenta peptidoglicani Unicellulari Non contiene agenti patogeni Unicellulari e Pluricellulari Protozoi e Miceti Malattia da infezione : sintomatologia clinica sostenuta da batteri, miceti, protozoi, virus ed elminti. Sepsi: entrata nel sangue di batteri (una delle infezioni più gravi) Forte mortalità 50% delle persone soccombono Quando i batteri entrano nel sangue la situazione è molto grave. Ci sono batteri in grado di resistere a tutti gli antibiotici Gli antibiotici vengono prodotti da funghi e da altri batteri I batteri lottano ogni giorno per sopravvivere, sono qui da milioni di anni, hanno sviluppato sistemi di difesa incredibili. MICRORGANISMI PATOGENI Scopo: replicarsi Microrganismi patogeni : sono microrganismi capaci di replicarsi nei tessuti di organismi pluricellulari (animali o vegetali) provocando, con vari meccanismi, diversi processi morbosi. I microrganismi patogeni per l’uomo sono quei microrganismi che presentano queste caratteristiche riferite all’organismo umano. Microrganismi potenzialmente patogeni per l’uomo: Batteri Miceti Protozoi Elminti Virus
NB: molto importante la quantità dell’agente patogeno DEFINIZIONE DI MALATTIA È la comparsa di sintomi e segni di sofferenza soggettivamente avvertibili e/o oggettivamente rilevabili TIPI DI INFEZIONI Infezioni endogene ( rappresentano una minoranza ) Abnorme espansione numerica di una o più specie presenti nella normale popolazione microbica Trasferimento di microrganismi presenti nella normale popolazione microbica in un sito anatomico di una sede generalmente non colonizzata Infezioni esogene (rappresentano una maggioranza) Malattie da infezioni esogene sono provenienti da una sorgente esterna come: Materiali inanimati Animali infetti (zoonosi) Altri esseri umani Modalità di trasmissione delle infezioni esogene: Ingestione di alimenti o bevande contaminate (Via oro-fecale) Via aerogena (virus dell’influenza) Contagio sessuale (HIV dalla scimmia all’uomo, sifilide) Trasmissione verticale e perinatale Coinvolge la situazione particolare tra madre e embrione/feto/figlio, a seconda del patogeno possiamo avere un’infezione fetale o meno Prenatale = placenta Perinatale = canale del parto infetto Postnatale = latte o contatto diretto Linea germinale = sequenze retrovirali presenti nel genoma umano Per inoculazione diretta nei tessuti o nel sangue circolante (per esempio zoonosi): zanzare/pipistrelli, cane/volpe per rabbia Per inoculazione traumatica ( danni da incidenti stradali, ferite da arma da fuoco ) NB. Salto di specie virale (ebola da pipistrelli a uomo) Un virus vuole che la sua vittima viva tanto e che non stia male, tutti i virus vorrebbero essere degli herpes. Si diffondono da specie a specie, ma non tutte le specie hanno i recettori appositi e quindi finisce lì. TEORIA DELL’ICEBERG (patologia e sintomatologia correlata) Pochi i casi rispetto al totale in cui possiamo vedere la concomitanza della sintomatologia rispetto all’infezione PROCARIOTI ED EUCARIOTI Procariote non ha organelli come i mitocondri, produce ATP grazie alla struttura citoplasmatica e non possiedono il nucleo, il DNA si trova libero nel citoplasma in plasmidi (segmenti cellulari). Plasmide: strumenti molto importanti che possono essere scambiati da batterio a batterio
Composizione cellula batterica: Acqua (67%) Proteine (20%) Lipidi RNA e DNA Polisaccaridi CARATTERISTICHE GENERALI DEI BATTERI Sono procarioti e sono osservabili in molti casi come colonie su terreni di coltura Nella maggior parte dei casi la lunghezza dei diametri cellulari oscilla da frazioni di micron a pochi micron Sono classificabili rispetto alla loro forma Crescono su terreni di coltura PRIMA CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI (grazie al microscopio, in base alla forma) Cocchi (tondi) Bacilli (bastoncini) Spirilli o vibrioni : bacilli che presentano una (vibrioni) o più curvature (spirilli) COLORAZIONI IN BATTERIOLOGIA Colorazioni semplici Eseguite con un unico colorante: hanno lo scopo di agevolare le rilevazioni morfologiche, si usa il blu di metilene, la fucsina basica, il cristalvioletto etc. Colorazioni differenziali Impiego di più coloranti in tempi successivi dopo cicli di lavaggio con l’obbiettivo di evidenziare differenti affinità tintoriali tra specie batteriche diverse, la più importante è la Colorazione di Gram Colorazione di Gram Colorazione Mordenzatura Decolorazione Controcolorazione Il primo passo consiste nel colorare il preparato batterico con il cristalvioletto e effettuare mordenzatura (“tecnica di preparazione di un colorante” ossia fissione) con iodio o ioduro di potassio; si fa poi una decolorazione con alcol e una colorazione con fucsina. L’esame del preparato permette di classificare il batterio come Gram+ o Gram-. La positività o negatività viene riferita all’affinità al colorante cristalvioletto, infatti se il primo colorante si lega in maniera efficace il lavaggio con alcol non riuscirà ad eliminarlo, quindi il viola nasconderà la colorazione successiva con fucsina. La colorazione oltre che differenziare i batteri per le caratteristiche della parete batterica, permette di osservarne più definitivamente la forma, effettuando applicazioni su base morfologica: cocchi, bacilli, spirilli o vibrioni.
Presenza nei plasmidi coniugativi di un set di geni che codificano per prodotti che permettono la coniugazione Possono integrarsi nel cromosoma batterico Possono possedere elementi trasponibili CARATTERISTICHE DEL GENOMA BATTERICO Assenza di corredo diploide Esiste una sola copia per ogni cromosoma, che spesso è unico Assenza di istoni Non ci sono istoni associati al DNA con lo scopo di impacchettarlo Costituzione di unità trascrizionali multicistroniche Diversi geni sono in fila indiana con un unico promotore, per cui la trascrizione della sequenza porta alla produzione di diversi mRNA per la sintesi proteica Assenza sostanziale di sequenze di DNA ridondante Non ci sono copie multiple del medesimo gene Assenza di introni I geni sono trascritti senza che ci sia necessità di eseguire splicing, perché non ci sono sequenze non pertinenti al prodotto genico da realizzare Esistenza di unità accessorie genetiche rappresentate dai plasmidi Molecole di DNA circolare non essenziali alla sopravvivenza del batterio ma che possono codificare per tossine e proteine che conferiscono resistenza ai farmaci MEMBRANA CITOPLASMATICA Ripete l’organizzazione delle membrane cellulari eucariotiche È formata dal 40% di lipidi e dal 60% di proteine (>200 proteine diverse) Non sono presenti steroli (ad eccezione dei micoplasmi) e sono rari gli acidi grassi polinsaturi. Comuni gli acidi grassi ramificati. Le proteine sono in genere non glicosilate. Spesso ci sono dei flagelli che permettono il movimenti dei batteri. Si muove dove trova più nutrienti Sede di proteine coinvolte nel signaling e chemiotassi Utilizzano la membrana citoplasmatica in modo similare a quella che viene utilizzata nei mitocondri nelle cellule eucariote FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA Tutte quelle degli eucarioti + Essere la sede della formazione dell’ATP PARETE CELLULARE Parete che separa i Gram positivi dai Gram negativi Formata da peptidoglicano
Strato di peptidoglicano più fino nei gram negativi , più grosso nei gram positivi GRAM NEGATIVI GRAM POSITIVI Struttura di peptidoglicano ridotta Presenza di strato più ampio di peptidoglicano Presenza di una membrana esterna Assenza di membrana esterna Gram negativi hanno membrana esterna con la presenza di lipopolisaccaridi, che non fa assorbire colore. Il lipopolisaccaride fa attivare l’immunità innata perché è fortemente tossico. LIPOPOLISACCARIDE È presente nella membrana esterna dei Gram-. Complesso costituito da tre porzioni:
- Porzione lipidica : rappresenta l’endotossina vera e propria 2. Catena di zuccheri
- Catena polisaccaridica: spiccate proprietà antigeniche e costituisce l’antigene 0, con tossicità diversa in base alla composizione Il sistema immunitario produce anticorpi contro l’antigene 0 , mentre è difficile realizzare anticorpi contro l’antigene A , vero dominio tossico del LPS. Struttura esterna Micobatteri Sono una famiglia, un gruppo di batteri, ne fanno parte “microbacterium tubercolosis “ e “lepre”, due batteri che fanno sviluppare una patologia cronica e progressiva. Ha una struttura esterna resistente alla risposta immunitaria e ai macrofagi. Pazienti non trattanti hanno una patologia che parte da un distretto e si sviluppa negli altri. Struttura esterna Clamidie Batteri endocellulari obbligati. Hanno la caratteristiche di replicarsi all’interno della cellula e di determinare un ciclo replicativo perché non possono produrre ATP autonomamente. Prive di peptidoglicani nella parete. Tre tipi di clamidie: Clamidia pleumodia …
Batteri aerobi-anaerobi facoltativi (4/5) Batteri che possono indifferentemente utilizzare un processo respiratorio aerobio o anaerobio o che in assenza di aria utilizzano un metabolismo di tipo fermentativo Batteri anaerobi obbligati Batteri che impiegano solo processi respiratori anaerobi e/o fermentativi I batteri si replicano per: scissione binaria Tempo di replicazione : 30 minuti /1 ora tranne il batterio Tubercolosis che ci sta anche un giorno Curva di crescita batterica: i batteri hanno una grandissima necessità di replicazione e di nutrirsi SCISSIONE BINARIA Finchè c’è disponibilità di sostanze nutritive, la colonia batterica continua a moltiplicarsi in maniera esponenziale, rallentando la propria crescita solo quando aumenta la concentrazione dei prodotti del catabolismo batterico, potente inibitore della crescita. Quando i nutrienti cominciano a scarseggiare, in parallelo si avvia la morte di parte della colonia. Batteri sporigeni Generi di batteri sporigeni: Bacillus anthracis Bacillum cererum Clostridium spp SPOROGENESI Forme di resistenza prodotte da alcune specie batteriche in condizioni di crescita sfavorevole, in condizioni esterne. Nei casi in cui l’ambiente appare ostile alla replicazione, perché mancano nutrienti , il batterio punta ad entrare in letargo, per resistere fin quando la situazione non migliora. È una risposta ai segnali di fame dovuti alla mancanza di nutrienti: la spora consiste in un’evoluzione strutturale e metabolica del batterio, che viene rivisitato. Il metabolismo scende molto vicino a zero e aumenta la resistenza all’ambiente, grazie anche alla disidratazione che la rende più resistente a essicamento, radiazioni e calore (fino a 100°). Gli spessi strati che la ricoprono la rendono anche insensibile alle sostanze dannose, che non riescono a raggiungere il nucleo. L’architettura prevede una serie di mantelli, che avvolgono strato su strato il batterio letargico.
In questa forma la spora è in grado di sopravvivere decine di anni, fino al risveglio o alla sua disgregazione dovuta alla senescenza. STRUTTURA SPORA BATTERICA Inizia a replicarsi, ma quando vede che mancano nutrimenti e che non ci sono le condizioni necessarie c’è un “aborto”, e inizia la formazione della spora, crea 3 strati intorno a sé. All’interno della spora si trova il citoplasma, circondato dalla membrana plasmatica della cellula, che custodisce al proprio interno il materiale genetico condensato, mentre all’esterno presenta una parete cellulare rudimentale costituita da peptidoglicani. Attorno a questo nucleo si depositano a strati successivi i diversi mantelli della spora con, dall’esterno all’interno: Esosporio : parte esterna Due rivestimenti o coats : proteine Corteccia o cortex : contiene il DNA batterico, parte interna GERMINAZIONE DELLA SPORA Processo inverso, dalla spora si riforma internamente il batterio che una volta formato fuoriesce dalla cellula. La riattivazione avviene quando le condizioni ambientali diventano ottimali per la moltiplicazione batterica. È necessaria un’attivazione della spora che consiste in un danneggiamento degli strati che la avvolgono a causa della senescenza, che quindi diventano sempre più permeabili alle sostanze nell’ambiente, permettendo scambi metabolici. Si forma così una CELLULA BATTERICA VEGETATIVA = cellula viva e capace di replicarsi CARATTERI FUNZIONALI DELLA SPORA Attività enzimatiche sono ridotte al minimo Scarso o assente il consumo di ossigeno Assenza completa di sintesi macromolecolare È molto resistente alla penetrazione delle molecole estranee È meno ricca di acqua rispetto la cellula vegetativa (subisce un processo di deidratazione) CARATTERI FUNZIONALI DELLA SPORA È molto resistente all’essicamento, al calore e alle radiazioni gamma e ultraviolette Dal punto di vista antigene la spora presenta antigeni identici rispetto la forma vegetativa oltre ad antigeni esclusivi La formazione completa della spora dura 6-10h. La germinazione due ore circa. La spora può resistere per decine di anni.
Adesine : permettono al batterio di legare le strutture epiteliali Biofilm : caratteristica che aumenta il legame tra batteri e superfici Produzione enzimi e tossine : per riuscire ad aumentare il danno a livello tessutale per aumentare la capacità di invasione Proteasi delle IgAI : immunoglobuline che aiutano a danneggiare la risposta locale immunitaria Molecole ciliostatiche Quorum sensing MECCANISMI INVASIVI DEI BATTERI NEI TESSUTI DELL’OSPITE Il batterio esprime capacità tossiche con diversi sistemi: Tossine Enzimatiche Esotossine Tossine batteriche di natura proteica che vengono eliminate all’esterno della cellula batterica e che sono dotate di una azione tossica spesso di natura enzimatica Endotossine Componente tossica legata a precise strutture del batterio e, precisamente, la porzione lipidica del LPS lipopolisaccaride LPS : Ci sono LPS più pericolosi rispetto ad altri, ci sono delle varianti Perché è così pericoloso? – Perché è molto aggressivo. È legato da una proteina che quando si lega al LPS cambia di struttura, e viene captata molto facilmente dai MACROFAGI (primi difensori del nostro sistema con i polimorfonucleati macrofagi). Il macrofago va quindi a produrre citochine, molecole che vanno ad attivare il Sistema Immunitario. Interleuchina 1 va a lavorare sul centro regolatorio della temperatura. Le cellule ben o male resistono, ma nei virus e i batteri i loro sistemi enzimatici vanno in difficoltà. Febbre = eccezione positiva per poco tempo. Meccanismi patogeni del LPS: molti danni sono legati alla risposta esacerbata dall’immunità innata, che avverte il LPS come un grave pericolo. Questa risposta dipende sia dalla struttura del LPS, sia dalla sua quantità in circolo. La morte dei batteri determina il rilascio di LSP che si lega a una proteina, il tutto viene rilevato dai macrofagi i quali producono una risposta. L’LPS attiva i polimorfonucleati, la coagulazione e le piastrine, il rilascio di IgE, macrofagi, citochine che inducono febbre.
Questa risposta se non degenera è molto efficace nell’eliminare i Gram-, mentre in caso di setticemia la risposta immunitaria non si può regolare, per cui può causare la morte del paziente. Esotossine batteriche Sono di natura proteica Sono generalmente termolabili (ad eccezione delle enterotossine stafilococciche e tossina botulinica ) Sono generalmente sensibili ai succhi gastrici Molte di queste possono essere inattivate con blandi trattamenti di denaturazione chimica per ottenere i tossoidi o anatossine che non sono altro che tossine senza attività tossica ma con proprietà antigeniche conservate In caso di batteri che svolgono l’azione patogena tramite tossine, il vaccino viene rivolto contro queste ultime, che risultano come l’agente eziologico delle lesioni. TIPI DI TOSSINE CON OBBIETTIVI DIVERSI Esotossine che agiscono a livello della superficie Esotossine che agiscono alterando il cAMP Esotossine che agiscono inibendo la sintesi proteica Esotossine che agiscono a livello del citoscheletro Tossina carboniosa Esotossine che agiscono interferendo con il rilascio dei neurotrasmettitori Esotossine che agiscono come super-antigeni Meccanismi delle esotossine che agiscono sulla membrana Agiscono sulle proteine delle giunzioni intracellulari Formano pori Agire sui lipidi della membrana Es. t. epidermolitica stafilococcica, t. emolitica stafilococcica e pneumococcica Meccanismi di esotossine che agiscono alterando il cAMP Inibisce un inibitore, questo porta quindi a una mancata regolazione di molte funzioni cellulari Risultato finale: perdita di regolazione Es. t. colerica, t. pertossica Meccanismi di esotossine che agiscono inibendo la sintesi proteica Tossina difterica Viene prodotta a livello oro-faringea con patologia a livello tonsillare-faringeo Può interessare quasi tutte le cellule dell’organismo in maniera più o meno importante Va nel sangue, si lega in maniera preferenziale a livello
