Microbiota: formazione, flora e simbiosi

Microbiota

• Definito come un organo che controlla diverse funzioni nell'ospite e ne preserva lo stato di salute.
• Comprende un numero di cellule pari a 1x10^13 e un numero di batteri pari a 1x10^14 nel corpo umano.
• La formazione del microbiota avviene dalla nascita fino ai primi due anni di vita.
• Colonizza sia le superfici cutanee che le mucose, spaziando da aerobi facoltativi ad anaerobi.
• La colonizzazione può essere influenzata negativamente dal parto cesareo, dall'alimentazione con latte artificiale e dalla somministrazione di antibiotici ai bambini.
• Dopo i primi due anni di vita, il microbiota continua a evolversi.
• La flora residente include microrganismi che colonizzano senza causare malattie.
• La flora transitoria comprende microrganismi potenzialmente patogeni, presenti su cute/mucose per un periodo limitato.
• La disbiosi è un'alterazione del microbiota.

Simbiosi nel Microbiota

• La simbiosi descrive la relazione tra il microbiota e l'ospite.
• Il commensalismo è una forma di simbiosi in cui una parte trae beneficio senza influenzare l'altra.
• Il mutualismo è una relazione simbiotica vantaggiosa per entrambe le parti, ad esempio batteri enterici che digeriscono fibre in cambio di nutrienti.
• Il parassitismo è una relazione in cui uno sfrutta l'altro causando danno e malattia, tipico dei patogeni.

Fattori di Virulenza

• I fattori di virulenza si esprimono in condizioni patologiche o quando la risposta immunitaria è ridotta.

Microbiota e Salute dell'Ospite

• La funzione metabolica del microbiota avviene nel tratto gastrointestinale.
• Sfrutta componenti dietetici o il muco per produrre metaboliti che influenzano la fisiologia dell'ospite.
• Trasforma il 10-20% dei carboidrati in acidi grassi a catena corta (SCFA) e gas, come H2CO2.
• Gli SCFA, come acetato, propionato e butirrato, forniscono energia alle cellule intestinali, migliorano l'integrità della barriera, il metabolismo degli zuccheri e la sensibilità all'insulina.
• Sintetizza vitamine come la K, la biotina, le vitamine del gruppo B e la riboflavina.
• Coinvolto nell'assorbimento e nello stoccaggio del ferro, e nel turnover degli acidi biliari.

Funzione Trofica e Protettiva del Microbiota

• La funzione trofica implica la maturazione e la stimolazione del sistema immunitario associato alle mucose e alla cute.
• Le endotossine e i metaboliti secondari sono riconosciuti dai PRR e trasformati in segnali per l'attivazione del sistema immunitario.
• La funzione protettiva si manifesta attraverso l'esposizione a prodotti microbici, creando un ambiente tollerogenico ma attivo contro i patogeni.
• Batteriocine e H2O2 prodotte dai simbionti creano una barriera protettiva e competizione, impedendo l'adesione di patogeni.

Distribuzione del Microbiota

• I microrganismi mostrano resilienza, adattamento e colonizzazione degli ecosistemi del corpo umano.
• Ogni distretto del corpo ha un microbiota unico.
• Il tratto gastrointestinale presenta il microbiota più numeroso ed eterogeneo, composto da batteri, virus, fagi, funghi e protozoi, in cui più del 93,5% appartiene a 4 phyla batterici: Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroides.
• La composizione e la quantità del microbiota fanno la differenza, considerando il microbiota core e quello transiente.
• La composizione del microbioma è regolata da peristalsi, nutrienti, O2, pH e batteriocine.
• La cute presenta microambienti unici, come ghiandole sebacee e follicoli piliferi.
• La sua variabilità è influenzata da fattori ambientali, stato immunitario e uso di detergenti.
• La cute sana contiene miceti e protozoi, ad esempio Malassezia e Candida.
• La mucosa congiuntivale ha meccanismi di difesa antimicrobici e un basso numero di batteri.
• Le vie respiratorie superiori ospitano tra 10^3 e 10^6 CFU di batteri, mentre le basse vie ne hanno circa 10^2 CFU/ml.
• Il microbiota cervicovaginale, influenzato da fattori ormonali, genetici, etnici, ambientali, socioeconomici e comportamentali, contiene 10^8 batteri/g secreto, risultando instabile nelle donne a causa di estrogeni/progesterone, mentre negli uomini è più stabile.

Disbiosi e Patologie

• La disbiosi comporta alterazioni qualitative e quantitative del microbiota e squilibri metabolici e funzionali.
• Le cause includono cambiamenti nello stile di vita, fattori genetici, patologie sottostanti e assunzione di farmaci.
• Associate a malattie intestinali, disturbi metabolici, patologie dell'apparato riproduttore, della cute, delle vie respiratorie, del cavo orale, malattie autoimmunitarie, allergiche, e neuropsichiatriche.

Difese dell'Ospite

• L'attivazione del sistema immunitario (SI) consente il ripristino della condizione fisiologica e l'immunità.
• Il sistema immunitario è in grado di discriminare tra self e non-self, prevenendo reazioni allergiche/autoimmuni.
• Durante le infezioni, interviene nelle reazioni di rigetto dei trapianti e nell'immunosorveglianza delle cellule tumorali.
• La stimolazione del sistema immunitario avviene tramite vaccinazione.
• Le barriere fisiche, chimiche e biologiche contribuiscono all'immunità innata e acquisita.
• Barriere fisiche e chimiche si manifestano attraverso tessuti epiteliali e cellule unite da proteine, mentre ferite e abrasioni ne compromettono l'integrità.
• La cute è composta da epitelio stratificato di cheratina e cheratinociti in continuo rinnovamento.
• I follicoli piliferi e sebacei ancorano i batteri, mentre lipidi e lisozima impediscono l'ingresso di microrganismi.
• Le cellule di Langerhans, come parte del SALT, offrono una difesa specifica con cellule linfoidi.
• Le mucose sono strati epiteliali che rivestono organi interni, con cellule immunitarie specifiche (MALT).
• La secrezione di muco elimina microrganismi tramite peristalsi o ciglia.

Barriere Biochimiche e Microbiologiche

• Lisozima degrada peptidoglicano presente in lacrime, saliva e latte materno.
• Lattoferrina sequestra il ferro.
• Beta-defensine causano la morte delle cellule batteriche.
• pH acido dello stomaco, enzimi digestivi, peptidi antimicrobici e alfa-defensine (cellule Paneth) contribuiscono alla difesa.
• Microbiota è una barriera microbiologica.

Immunità Innata

• L'immunità innata è presente dalla nascita, agendo come prima linea di difesa attraverso la produzione di citochine/chemochine.
• Riconosce i PAMPs (pathogens associated molecular patterns) mediante PRRs (pattern recognition receptors).
• PAMPs includono LPS, peptidoglicano, flagellina, acidi teicoici, beta-glucano e proteine virali.
• PRRs sono TLRs (Toll-like receptors) e NLRs (NOD-like receptors).
• Le funzioni effettrici comprendono il riconoscimento dei PAMPs e la fagocitosi.

Fagocitosi

• La fagocitosi rimuove patogeni e detriti.
• I fagociti midollari comprendono granulociti e monociti.
• I monociti si trasformano in macrofagi tramite diapedesi, seguita da endocitosi e uccisione dei patogeni.
• Citochine e chemochine sono prodotte durante l'infiammazione e l'azione chemiotattica.
• Cellule dendritiche producono citochine e agiscono come APC, aumentando l'espressione di MHC I e II.
• I mastociti contribuiscono alla difesa immunitaria.
• Il sistema del complemento coinvolge 9 proteine che si attivano a cascata per lisi patogena tramite tre vie: classica, alternativa e lectinica.

Immunità Adattativa

• Agisce 24-72 ore dopo l'esposizione e si adatta al patogeno.
• Presenta memoria immunitaria, sia cellulo-mediata che umorale.
• Il differenziamento dei linfociti T include helper e citotossici.
• I linfociti B si attivano mediante il riconoscimento dell'aptene e si differenziano in plasmacellule che producono anticorpi.
• Interagisce con l'immunità innata tramite cellule APC che presentano antigeni legati a molecole MHC.
• La risposta è differenziata in base al tipo di patogeno.
• Anticorpi (immunoglobuline) reagiscono in modo specifico e sono formati da 2 catene polipeptidiche leggere e 2 pesanti.
• Le catene leggere possono essere κ o λ, mentre quelle pesanti possono essere γ, μ, α, δ, ε.
• La regione ipervariabile interagisce con l'antigene, mentre la regione costante svolge funzioni effettrici, quali il legame al patogeno, l'attivazione del complemento e la neutralizzazione del patogeno.
• La citotossicità cellulare mediata da anticorpi (ADCC) è un'altra funzione importante.
• L'immune escape dei virus rappresenta una sfida significativa.

Classi di Anticorpi

• IgM sono solubili, legati a linfociti B, prodotti dal feto in caso di infezione e coinvolti nella risposta anticorpale primaria/secondaria. La vaccinazione ne induce la maturazione.
• IgG hanno emivita lunga, mediano la difesa tramite opsonizzazione e attraversano la placenta.
• IgA si trovano in lacrime, saliva, latte e secrezioni respiratorie, trasferibili al neonato.
• IgE sono protettive contro gli elminti e coinvolte nelle risposte allergiche.
• IgD si trovano sulla superficie dei linfociti B.

Catena di Trasmissione e Patogeni

• La trasmissione diretta avviene per interazione tra ospite infetto e suscettibile, via aerea, contatto con secrezioni o via parenterale.
• La trasmissione indiretta si verifica tramite veicoli o vettori.
• Infezione e malattia sono concetti distinti.
• Il serbatoio consente la conservazione del patogeno.
• La sorgente consente la replicazione e la trasmissione del patogeno.
• Le infezioni esogene derivano dall'ambiente o da animali (zoonosi).
• La trasmissione interumana avviene tra esseri umani.
• La trasmissione orizzontale può coinvolgere soggetti riconoscibili dai segni o portatori asintomatici.
• La trasmissione verticale avviene da madre a feto tramite passaggio transplacentare o durante il periodo perinatale.
• Le caratteristiche del patogeno e la recettività dell'ospite influenzano il processo infettivo.
• La porta di ingresso e la dose infettante sono determinanti.
• Il tratto gastrointestinale è una porta di ingresso tramite ingestione di alimenti o bevande contaminate.
• Il tratto respiratorio è una porta di ingresso tramite droplets.
• La via parenterale coinvolge aghi, cateteri e spine.
• La via sessuale è una porta di ingresso tramite microlesioni. Gli ospiti normali possono essere infettati da patogeni obbligati o occasionali. Gli ospiti compromessi presentano deficit immunitario o alterazioni delle barriere di difesa, rendendoli suscettibili a diverse infezioni.

Meccanismi di Patogenicità

• Includono fattori di virulenza e la produzione di sostanze tossiche.
• Replicano e si diffondono nell'ambiente in quattro fasi: colonizzazione, invasione, moltiplicazione e disseminazione.
• La colonizzazione coinvolge l'ancoraggio e la produzione di sostanze che competono con il microbiota residente.
• L'invasione può avvenire a distanza dalla porta d'ingresso tramite enzimi degradativi.
• La moltiplicazione e la disseminazione avvengono per via diretta, linfatica o ematica.
• I virus attaccano tramite tropismo, entrano per fusione o endocitosi.
• Disassemblano la particella virale, replicano il genoma e sintetizzano proteine.
• L'accumulo avviene nel nucleo/RE o nel citoplasma e la diffusione è intra/extracellulare.
• Le infezioni virali possono essere abortive, litiche, latenti, persistenti o trasformanti.