Microbiologia 2024/2025 PDF

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2024

Emanuela Catalano, Bianca Renzi

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microbiology microbiological diagnostics bacterial infections medical microbiology

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These notes cover introductory microbiological diagnostics, including the identification and study of microorganisms like bacteria, fungi, and viruses. It details diagnoses of bacterial and viral infections, emphasizing techniques like culturing, PCR, and serological tests. The document also discusses various preparation methods, classification of bacteria and different types of microbiological samples.

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2024/2025 MICROBIOLOGIA Emanuela Catalano Bianca Renzi 2024/2025 MICROBIOLOGIA INTRODUZIONE ALLA DIAGNOSTICA MICROBIOLOGICA La diagnostica microbiologica si occupa dell’identificazione e dello studio di microorganismi, come batteri, fungh...

2024/2025 MICROBIOLOGIA Emanuela Catalano Bianca Renzi 2024/2025 MICROBIOLOGIA INTRODUZIONE ALLA DIAGNOSTICA MICROBIOLOGICA La diagnostica microbiologica si occupa dell’identificazione e dello studio di microorganismi, come batteri, funghi e virus. I principi base della microbiologia clinica sono: messa in coltura del microrganismo identificazione del microrganismo studio dell’interazione tra ospite e patogeno comprensione della struttura e della funzione del microrganismo Diagnosi delle infezioni batteriche: si utilizzano colture batteriche e metodi molecolari (solitamente più rapidi) per identificare il batterio; successivamente si utilizza la diagnosi sierologica per rilevare anticorpi specifici contro i batteri nel sangue del paziente; infine, può essere utile servirsi di un antibiogramma per valutare la sensibilità del batterio all’antibiotico. Diagnosi delle infezioni virali: prevede l’identificazione del virus coinvolto, attraverso tecniche di coltura, PCR o test sierologici; si procede con la valutazione clinica dei sintomi. Per quanto riguarda le infezioni fungine, possiamo avere: - micosi superficiali (pelle, capelli e unghie); - micosi profonde (organi interni) I parassiti invece possono essere suddivisi in: - intestinali (tramite ingestione degli alimenti) - ematici (solitamente trasmessi da un vettore) - a livello tissutale (es. trichinosi) Le nuove tecniche nella diagnostica microbiologica sono: MALDI TOF, PCR e la NGS. I preparati microbiologici sono campioni biologici che consentono l’osservazione al microscopio di microrganismi invisibili ad occhio nudo. Ci permettono di analizzare la morfologia e le dimensioni, rendendo possibile l’identificazione del patogeno. Esistono 3 tecniche di colorazione: - colorazione semplice: utilizza un solo colorante e ci permette di evidenziare i batteri legandone la parete cellulare e rendendola visibile; - colorazione differenziale: utilizzando due coloranti, ci permette di distinguere Gram + (blu- violetto) da Gram – (rosa-arancio); - colorazioni speciali: permettono di identificare capsule, spore, flagelli e sono utili per studiare le proprietà del batterio. Esistono 2 tipi di preparati: 1. preparati a fresco: vetrini microscopici che contengono campioni biologici non trattati; consente di studiare la mobilità, le forme e le dimensioni dei batteri in tempo reale; 2. preparati fissati: contengono preparati biologici trattati con un agente fissativo. 1 Se si desidera osservare un microrganismo in movimento, è meglio servirsi di un preparato a fresco, se invece si vuole studiare la morfologia dei microrganismi è meglio un preparato fissato. La preparazione del vetrino fissato prevede una prima fase di fissaggio del campione in cui si uccidono i microrganismi e si fissano sul vetrino; ci sarà poi la fase di stesura del campione sul vetrino, la colorazione e la lettura a livello microscopico. In generale i preparati microscopici vengono utilizzati nella diagnosi di infezioni, nel monitoraggio del trattamento e nell'identificazione della resistenza agli antibiotici. Esistono altre tecniche avanzate oltre alla microscopia classica: - microscopia a fluorescenza: consente di visualizzare le cellule e le loro strutture in modo dettagliato; - microscopia confocale: illumina con un raggio laser un piano sottile del nostro campione, permettendo di ottenere immagini tridimensionali ad alta risoluzione; - microscopia elettronica: permette di avere un'elevata risoluzione di andare a visualizzare strutture subcellulari; - microscopia a super risoluzione: permette di andare oltre il limite di diffrazione della luce DIAGNOSI DI LABORATORIO La diagnosi di laboratorio è fondamentale per andare ad identificare il batterio specifico che causa l’infezione. Tipologie di campioni utilizzati: - Sangue: analizzato per la presenza di batteri come nel caso di sepsi o endocardite; - Urine: per verificare la presenza di E. Coli e Straphylococcus; - Secrezioni: possono essere nasali orali e vaginali e vengono raccolte con un tampone sterile; - Feci: raccolte in contenitori sterili per le infezioni causate da salmonella o shigella; - Liquido cerebrospinale: raccolto mediante puntura lombare in caso di encefalite e meningiti. Raccolta corretta del campione: 1. Selezione del sito di prelievo più adatto al tipo di infezione sospettata 2. Raccolta asettica 3. Quantità sufficiente del campione 4. Etichettatura corretta Anche il trasporto e la conservazione del campione sono fasi cruciali per garantire l'integrità e la validità dei risultati di laboratorio. I campioni del tratto respiratorio superiore includono il tampone nasofaringeo e il tampone faringeo, utilizzati per rilevare batteri come Streptococcus Pneumoniae, Neisseria Meningitidis; e aspirati nasali per identificare i batteri responsabili di infezioni sinusali. I campioni del tratto respiratorio inferiore sono invece cruciali per la diagnosi di infezioni batteriche, quando si sospetta polmonite o infezioni bronchiali; si tratta principalmente di lavaggi broncoalveolari e aspirati bronchiali. Per la diagnosi di otite vengono utilizzati i tamponi auricolari che andranno poi seminati. Esiste infatti la timpanocentesi che prevede il prelievo del liquido che viene emesso dall'orecchio, Che verrà poi seminato direttamente su delle piastre dove cresceranno diverse culture. 2 I campioni prelevati da ferite sono essenziali per la diagnosi di infezioni; ci si serve di un tampone molto spesso doloroso. Gli ascessi sono delle sacche di pus (sostanza densa e giallastra costituita da cellule del sistema immunitario) che compaiono in seguito ad un'infezione batterica. Esistono diversi tipi di ascesso: sottocutaneo, dentale, polmonare e cerebrale. Il campione prelevato da un ascesso viene coltivato in un mezzo di coltura specifico, permettendo l'isolamento e l'identificazione del batterio. L'analisi microbiologica può anche essere fatta a livello tissutale: tramite biopsia si preleva del tessuto e si procede ad analisi microscopica. Anche per l'occhio si possono prelevare campioni attraverso l'utilizzo di tamponi. Emocultura: prelievo di sangue in contenitori sterili progettati per la coltivazione dei batteri, svolto in 3 tempi per diminuire la probabilità della contaminazione del sito: - T0: effettuato prima di somministrare l'antibiotico - T1: dopo 30 minuti - T2: dopo altri 30 minuti Test specifici quali ELISA o test di agglutinazione ci permettono di ricercare degli antigeni specifici. Allo stesso modo attraverso dei test sierologici valutiamo la presenza di IgG (infezione pregressa) o di IgM (infezione attuale). Antibiogramma: determina la suscettibilità di un ceppo batterico una serie di antibiotici ed è essenziale per il trattamento dell'infezione. La MIC È un parametro fondamentale dell'antibiogramma, che indica la concentrazione minima di un antibiotico necessaria per inibire la crescita di un batterio. Uso Essa è determinata attraverso diversi metodi: - metodo di diffusione in agar - metodo di diluizione in brodo - metodi automatici Terreni di coltura: materiali nutritivi che forniscono un ambiente adatto per la crescita e la moltiplicazione di organismi; possono essere classificati in base a: - composizione: sintetici o complessi; - funzione: nutritivi o selettivi; - uso: per la coltivazione primaria o per l'identificazione batterica Questi sono costituiti da una serie di componenti essenziali che forniscono i nutrienti necessari per la crescita e la proliferazione dei microrganismi: carbonio, glucosio, azoto e fattori di crescita. La preparazione consta di quattro fasi: pesatura, dissoluzione, sterilizzazione raffreddamento. Distinguiamo: - terreni selettivi: formulati per favorire la crescita di specifici microrganismi inibendo la crescita di altri; - terreni differenziali: usati per distinguere tra diverse specie di microrganismi; - terreni selettivi e differenziali Esistono inoltre terreni biochimici, usati per determinare le attività enzimatiche dei batteri e terreni di coltura cromogenici, che contengono dei substrati cromogenici che vengono idrolizzati da specifici enzimi, facilitando l'identificazione dei microrganismi. Tra i terreni più usati abbiamo: 3 - Agar sangue: permette la crescita di molti batteri; - MacConkey: è selettivo per Gram + e Lac + - Hektoen Henteric: selettivo per batteria enterici e Lac – PROCARIOTI ED EUCARIOTI I procarioti sono che mancano di un nucleo delimitato da membrana. La loro struttura cellulare comprende: - membrana plasmatica: struttura sottile che circonda il citoplasma, composta da un doppio strato lipidico con proteine incorporate; regola il trasporto di sostanze ed ha un ruolo nella respirazione cellulare; - citoplasma; - ribosomi: responsabili della sintesi proteica; - DNA: organizzato in un singolo cromosoma circolare, è legato a proteine ma non è racchiuso in un nucleo; - parete cellulare. I procarioti si riproducono asessualmente tramite la fissione binaria, in cui una cellula batterica si divide in due cellule figlie identiche; possono riprodursi molto rapidamente e possono aumentare la loro variabilità genetica attraverso processi come coniugazione, trasformazione e trasduzione. Si tratta di organismi versatili che si trovano in una vasta gamma di ambienti e che possono sopravvivere a condizioni estreme. Sono importanti per quanto riguarda il ciclo dei nutrienti, produzioni di cibo e biotecnologie per produrre farmaci, enzimi e biocarburanti.Vengono infatti utilizzati per produrre insulina, ormoni della crescita e antibiotici. Gli eucarioti sono cellule complesse, costituite da: - mitocondri - ribosomi: deputati alla sintesi proteica - reticolo endoplasmatico: sistema di membrane coinvolto nella sintesi, nella modificazione nel trasporto di proteine e lipidi; - apparato di golgi: sistema di membrane vicino al nucleo; coinvolto nella produzione di lisosomi, responsabili della digestione cellulare Per quanto riguarda la riproduzione: - mitosi: processo di divisione cellulare che porta alla produzione di due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre; quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase; - meiosi: processo di divisione cellulare che porta alla produzione di quattro cellule figlie, ciascuna con metà del numero di cromosomi della cellula madre; - gametofito e sporofito: riproduzione negli eucarioti vegetali caratterizzata da una fase aploide e una diploide; il gametofito produce gameti, mentre lo sporofito produce spore. Gli eucarioti dominano gli ecosistemi terrestri e gli oceani. Svolgono un ruolo cruciale in questi ecosistemi e sono alla base della vita complessa. Sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni biotecnologiche, per produrre proteine e altre molecole utili. CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI I batteri sono classificati in base a varie caratteristiche. 4 Classificazione usata in diagnostica: - gram positivi: possiedono una spessa parete cellulare di peptidoglicano che trattiene il colorante viola di Gram - gram negativi: possiedono una parete cellulare più sottile con uno strato esterno di lipopolisaccaride che non trattiene il colorante. In base alla forma: - cocchi: sferici → streptococchi (catene di cocchi); stafilococchi (ammassi di cocchi) - bacilli: a forma di bastoncello → diplobacilli: due bacilli uniti - spiralli: a forma di spirale Altre classificazioni: - aerobi: richiedono ossigeno - anaerobi: non usano ossigeno, ma nitrati o solfati - anaerobi facoltativi: crescono sia con ossigeno che senza - patogeni: causano malattie - non patogeni: innocui o benefici per l’ospite Si riproducono attraverso la scissione binaria e possono scambiare materiale genetico attraverso la coniugazione. Alcuni di questi utilizzano sostanze organiche, sono detti eterotrofi; altri sostanze inorganiche e sono detti autotrofi. - commensalismo: un tipo di batterio beneficia dell’ospite senza arrecargli alcun danno - simbiosi: entrambi gli organismi traggono beneficio INFEZIONI BATTERICHE I batteri sono dei microrganismi di tipo unicellulare che causano una vasta gamma di malattie e possono essere vettori di eventuali infezioni di tipo lieve o di tipo grave. L'entità della risposta dell'organismo determinata dall'infezione dipende anche dallo stato di salute dell'ospite; il sistema immunitario gioca infatti un ruolo essenziale, in quanto molti microrganismi sviluppano numerose strategie per eludere la nostra barriera di difesa. I sintomi possono variare a seconda del tipo di batterio coinvolto e possono includere febbre, tosse, vomito, diarrea, dolore e arrossamento. In generale le infezioni batteriche si curano con l'antibiotico, per cui è importante andare a determinare nello specifico il patogeno, stabilendo la sensibilità di quest'ultimo al farmaco. Esistono ovviamente antibiotici ad ampio spettro che hanno invece una copertura più ampia. Un esempio è l'augmentin che contiene amoxicillina che agisce sia sui gram positivi che negativi, e acido clavulanico che disattiva le beta lattamasi. In caso di infezioni batteriche vengono raccolti i campioni biologici quali il sangue, le urine, le secrezioni e le feci. * Esistono dei batteri che non possono essere coltivati, Fa per cui vengono effettuate delle indagini molecolari→ batteri intracellulari Identificazione batterica: 5 1. Scelta del terreno di coltura: esistono terreni permissivi, selettivi e ricchi; 2. Semina del campione: Il batterio viene poi messo in incubazione ad una temperatura di circa 35 ° permettendo al batterio di crescere e di creare colonie; 3. Isolamento delle colonie: la colonia viene prelevata e analizzata su un'altra piastra; 4. Identificazione del batterio 5. Antibiogramma *la spettrometria di massa Mal di Toff permette di identificare una colonia in 20 minuti. I risultati vengono poi interpretati e valutati in relazione al contesto clinico. DISINFEZIONE: eliminazione di microrganismi patogeni da oggetti inanimati ANTISEPSI: riduzione della carica batterica sulla pelle e sulle mucose STERILIZZAZIONE: eliminazione di tutti i microrganismi dagli strumenti Gli agenti disinfettanti antisettici agiscono attraverso: - denaturazione delle proteine - alterazione della membrana cellulare - interferenza con il metabolismo cellulare l'efficacia è influenzata dalla concentrazione dell’agente, dalla durata dell'esposizione, dalla temperatura, dal pH e dalla presenza di materia organica. Spore batteriche: forme di resistenza che alcuni batteri producono in condizioni avverse → sono avvolte da un involucro protettivo detto esosporio, che contiene un nucleo centrale, una corteccia, un rivestimento interno e una membrana cellulare. Formazione della spora: 1. Fase di impegno: la cellula si impegna a formare una spora attivando un programma genetico specifico; 2. Formazione del presporo: all'interno della cellula batteria si viene a costituire una forma immatura della spora; 3. Invaginazione della membrana cellulare: questa si invagina attorno al presporo, formando un doppio strato di membrana; 4. Sintesi della corteccia e del rivestimento: tra le due membrane si forma la corteccia e il rivestimento della spora; 5. Deidratazione e maturazione: viene eliminata l'acqua e si accumulano tutte le sostanze nutritive così da formare l'armatura. La sporulazione viene favorita da pochi nutrienti, temperature elevate, pH acido e presenza di ossigeno. Le spore sono infatti note per essere resistenti a condizioni ambientali estreme. Esse si trovano in una condizione di quiescenza e hanno bisogno di uno stimolo che permetta la germinazione: esposizione al calore, a sostanze chimiche e alla pressione. Sterilizzazione: Viene effettuata attraverso calore, radiazioni agenti chimici; esistono inoltre dei processi per controllare che la sterilizzazione sia avvenuta correttamente → autoclaving (si mettono delle buste sugli oggetti e dello scotch specifico che nel caso di autoclave svolto presenta delle bande nere). 6 PARETE CELLULARE BATTERICA La parete cellulare è uno strato rigido che circonda la membrana cellulare di tutti i batteri. È costituita da: - peptidoglicano: macromolecola composta da catene di zuccheri aminoacidi; - acidi teicoici: sono polimeri anionici presenti nelle pareti dei batteri gram positivi che danno alla parete rigidità; - lipopolisaccaride: struttura caratteristica della membrana esterna dei gram negativi; - proteine: svolgono una verità di funzioni. Le principali funzioni della parete cellulare batterica sono: protezione fisica, mantenimento della forma, interazione con l'ambiente, motilità e adesione. Le pareti cellulari dei batteri gram negativi e positivi differiscono nello spessore (+ più spessa), nella composizione (gram – hanno un sottile strato di peptidoglicano, gram + spesso strato), nella membrana esterna (presente solo nei gram -) e nel lipopolisaccaride (presente solo nei gram -). → Il peptidoglicano è un polimero complesso che conferisce rigidità alla parete batterica e protegge le cellule batteriche dagli effetti dell'ambiente esterno, funge inoltre da barriera di controllo del movimento di molecole. Esso è formato da due componenti: 1. parte glucidica: monomeri di NAM e NAG, legati mediante legami glicosidici; 2. parte proteica: determina il legame tra le catene lineari di NAM e NAG Sintesi del peptidoglicano: 1. sintesi dei precursori: il NAG si lega ad un residuo di UDP; una parte del NAG si trasforma in NAM, che a sua volta lega una molecola di UDP; 2. trasferimento sulla membrana: si rompe il legame NAM-UDP e l’energia liberata permette il legame del NAM con il pentapeptide, il quale si lega ad una molecola di trasporto; il complesso costituito da NAM-pentapeptide e molecola di trasporto si lega al NAG quando questo si stacca da UDP; 3. polimerizzazione: le unità di saccaridi che preformate vengono inserite nella parete cellulare e legate tra loro per formare catene di peptidoglicano. In questo processo sono essenziali tre enzimi: transpeptidasi, transglicolasi e sintasi del peptidoglicano. guardare sbobine pagina 78 e 79 per una sintesi più specifica La sintesi è regolata attraverso: - meccanismi di feedback negativo che controllano la quantità di peptidoglicano sintetizzato; - controllo enzimatico - regolazione a livello dei substrati che influenza la velocità di sintesi - fattori esterni quali pressione osmotico presenza di antibiotici Gli antibiotici agiscono sulla parete cellulare mediante: - inibizione della sintesi del peptidoglicano: gli antibiotici a valle degradano una parete preesistente; quindi a Monte bloccano la formazione dei legami tra le catene del peptidoglicano rendendo instabile la parete cellulare; 7 - degradazione del peptidoglicano preesistente: i lisozimi agiscono sui legami glicosidici nel peptidoglicano e indeboliscono la parete cellulare. La parete cellulare è importante perché garantisce protezione, integrità ed è importante per la divisione cellulare. Può essere studiata attraverso: microscopia ottica ed elettronica, frazionamento cellulare e spettroscopia. →Gli acidi teicoici sono polimeri anionici che si trovano nei batteri Gram positivi; essendo anionici conferiscono una carica negativa alla membrana, favorendo l’interazione tra questa e il batterio. Sono costituiti da unità ripetute di glicerolo fosfato o ribitol fosfato. Si classificano in: - acidi teicoici di membrana: si ancorano alla membrana attraverso un lipide; - acidi teicoici di parete: si legano ai peptidoglicani; - lipoteicoici: combinano le strutture di entrambi i tipi. Si tratta di polimeri che forniscono rigidità strutturale alla parete cellulare, danno forma al batterio, resistenza alla pressione osmotica, attraggono e legano ioni metallici e influenzano la permeabilità, permettono l’adesione dei batteri alle superfici e hanno un ruolo nella sintesi e nell’assemblaggio del peptidoglicano. Sintesi degli acidi teicoici: (avviene nel citoplasma): 1. sintesi dei monomeri di glicerolo fosfato o ribitol fosfato → in base all’alcol presente avremo 2 tipologie; 2. polimerizzazione 3. modificazione: attraverso l’aggiunta di gruppi funzionali e zuccheri; 4. trasporto: si muovono attraverso proteine trasportatrici dal citosol alla membrana; 5. incorporazione nella parete cellulare: si legano ai peptidoglicani. Nell’interazione con i batteri, svolgono 3 funzioni: - adesione - invasione - colonizzazione Vengono utilizzati per lo sviluppo dei vaccini. → Il lipopolisaccaride batterico (LPS) è un endotossina presente nella membrana esterna dei batteri Gram negativi. È costituito da 3 regioni principali: - lipide A: porzione ancorata alla membrana esterna; responsabile dell’attività tossica; si tratta di un glicolipide costituito da due unità di glucosammina fosforilato, ognuna delle quali possiede 6 acidi grassi, legato tra loro tramite gruppi fosfato. * - core polisaccaridico - antigene: catena di oligosaccaridi che conferisce specificità sierologica al batterio; Sintesi del LPS: 1. sintesi del lipide A nel citoplasma; 2. assemblaggio del core sul lipide A; 3. polimerizzazione dell’antigene; 4. traslocazione di tutto il complesso sulla membrana. 8 La regolazione della sintesi può essere trascrizionale a monte o a valle (attraverso fattori di trascrizione) oppure post traduzionale (tramite modifiche allosteriche). Tra le funzioni svolte dal LPS si ha: adesione, formazione di biofilm, attiva del SI e resistenza agli antibiotici. *ruolo del lipide A nell’immunità innata: 1. LPS si lega alla sua proteina e crea un complesso che si lega a CD14; 2. questo legame promuove l’attivazione del recettore TLR4; 3. con l’attivazione di questo si avvia la produzione di citochine pro-infiammatorie L’LPS può essere utilizzato nello sviluppo di vaccini e in radiodiagnostica per valutare la presenza di batteri; inoltre alla sua capacità di attivare la risposta immunitaria, viene usato per curare artrite reumatoide e morbo di Chron. Effetti patologici dell’LPS: sepsi, shock settico, endocardite batterica, meningite batterica e polmonite. ESEMPI DI PARETI CELLULARI I micobatteri possiedono una parete cellulare (a differenza dei micoplasmi). Essi crescono lentamente e sono resistenti agli antibiotici a causa della parete cellulare complessa che limita l’assorbimento di nutrienti. Sono in grado di crescere all’interno dei macrofagi e pertanto sono responsabili di gravi malattie infettive. La parete cellulare è costituita da diversi strati: uno di peptidoglicano, uno di lipidi e una capsula esterna di natura proteica. È lo strato lipidico a conferire resistenza ai farmaci e un’elevata idrofobicità; oltre a permettere adesione, ingresso e invasione dei tessuti, promuovendo la tossicità dei batteri. Sono responsabili di varie infezioni: tubercolosi, lepra, tifo e malattie polmonari. I micoplasmi NON possiedono una parete cellulare; questo li rende suscettibili agli antibiotici. Nonostante questo, hanno una capacità di adesione alla cellula ospite e di penetrazione, attraverso endocitosi. Questi microrganismi sono associati a quadri di polmonite atipica, in cui il paziente si presenta con una febbricola, tosse non produttiva, quadro toracico con rx non tipico. Possono talvolta colpire anche l’apparato urogenitale e portare ad infiammazione delle articolazioni. *a causa dell’assenza della parete batterica, è molto difficile coltivarli. RUOLO DEI BATTERI NELLE PATOLOGIE INFETTIVE L’evoluzione batterica è causata da: - selezione naturale - mutazione genetica - trasferimento genico orizzontale La fagoterapia è un approccio terapeutico che si serve di virus apatogeni per l’uomo, in grado di infettare e distruggere specifici batteri. Si replicano all’interno del batterio, lo distruggono e si liberano nuovi batteriofagi. Meccanismi di patogenicità: - adesione: i batteri usano strutture specializzate, come pili e fimbrie, per aderire alle cellule ospiti; 9 - invasione: una volta adesi, invadono le cellule ospiti usano enzimi e tossine; - produzione di tossine: danneggiano la cellula ospite - evasione del sistema immunitario: ad esempio attraverso la formazione di biofilms. → meccanismi di adesione: - adesione specifica: interazione tra adesine batteriche e recettori cellulari - adesione aspecifica: interazioni idrofobiche - formazione di biofilm: comunità di batteri che aderiscono a superfici (il batterio capace di formare biofilm è resistente ai detergenti) *le adesine sono proteine di superficie che riconoscono specifici recettori sulla cellula ospite → meccanismi di invasione: processo che consente ai batteri di penetrare all’interno della cellula ospite e di diffondersi in altri tessuti. → meccanismi di evasione immunitaria: - cambiamento antigenico: i batteri modificano gli antigeni di superficie in modo da impedire il riconoscimento da parte del SI; - produzione di capsule: alcuni batteri producono capsule che nascondono i loro antigeni; - produzione di enzimi: degradano anticorpi e proteine del complemento; - produzione di biofilm - resistenza agli antibiotici: i batteri posizionano sulla membrana delle pompe proteiche che cacciano l’antibiotico all’esterno (MDR = multidrug resistant → pompa di efflusso) *la mancanza di uno di questi step non permette gli altri Dopo la replicazione in una cellula ospite, questa viene distrutta per passare alle successive cellule dove i batteri andranno nuovamente a replicarsi e a distruggerle. Le infezioni batteriche possono trasmesse attraverso: - contatto diretto - trasmissione aerea - trasmissione indiretta: attraverso oggetti contaminati - trasmissione vettoriale La diagnosi include un’anamnesi completa, esame obiettivo e analisi di laboratorio. Il trattamento si basa principalmente su antibiotici, ma può includere anche terapie di supporto, come la fluidoterapia, e la chirurgia, usata ad esempio per drenare l’infezione. Gli antibiotici sono dei farmaci fondamentali per il trattamento delle infezioni batteriche; funzionano interferendo con i processi vitali dei batteri. I batteri hanno sviluppato diversi meccanismi per resistere agli antibiotici: produzione di enzimi che inattivano di antibiotici, modifica dei bersagli degli antibiotici, pompaggio degli antibiotici fuori dalla cellula batterica e modifica della membrana cellulare, sopprimendo le porine. *stewardship antibiotica: uso ottimale degli antibiotici. La ricerca si sta concentrando su alternative agli antibiotici ovvero: batteriofagi, immunoterapia e terapia basate su nanoparticelle. 10 Il microbioma è un insieme di organismi che vivono nel nostro corpo; ha un ruolo fondamentale nella salute, pertanto una sua alterazione può favorire l’insorgenza di malattie. *probiotici = batteri vivi che contribuiscono alla salute dell’intestino *prebiotici = fibre alimentari che nutrono i probiotici Risposta immunitaria: L’ospite all’ingresso del batterio attraverso: - fagocitosi - risposta infiammatoria: tramite il rilascio di citochine - immunità specifica: attraverso gli anticorpi prodotti dai linfociti B Tossine batteriche → possono causare danni tissutali, febbre, shock e altri sintomi - esotossine: rilasciate dai batteri nell’ambiente circostante; - endotossine: sono parte della parete cellulare e vengono rilasciate solo quando i batteri muoiono. *quando la risposta infiammatoria è eccessiva e vengono prodotte troppe citochine, si ha una vasodilatazione eccessiva, con un conseguente calo di pressione → SHOCK SETTICO Esotossine : rilasciate dai batteri durante la loro crescita e moltiplicazione. Possono essere classificate in base a: meccanismo d’azione, struttura e tipo di cellule bersaglio. - Esotossine A-B: formate da una subunità A con attività enzimatica e una subunità B che lega il recettore cellulare; - Esotossine di membrana: formano pori nella membrana cellulare causano la lisi della cellula; - Super antigeni: attivano un numero eccessivo di cellule immunitarie provocando un’infiammazione sistemica. La subunità B dell’esotossina A-B, si lega a un recettore specifico sulla superfice cellulare e viene internalizzata mediante endocitosi; a questo punto la subunità A esercita la sua attività enzimatica. Le esotossine sono responsabili di: infezioni del tratto respiratorio e della pelle, tossinfezioni alimentari e malattie neurologiche. Per la diagnosi e l’identificazione delle esotossine si usano colture batteriche, test sierologici e molecolari. VEDI SCHEMA SULLE TOSSINE PATOGENESI BATTERICA La patogenesi batterica descrive il processo attraverso cui i batteri causano malattie. Prevede diversi stadi, che vanno dalla colonizzazione nel corpo umano fino allo sviluppo di sintomi. I batteri possono entrare all’interno del corpo umano attraverso diverse vie: - contaminazione cutanea: lesioni cutanee - contaminazione respiratoria: avviene attraverso l’inalazione di aerosol contenenti batteri, che entrano attraverso naso, bocca ma che grazie al SI non sempre raggiungono i polmoni; - contaminazione orale: attraverso cibo o bevande contaminati; 11 - contaminazione oculare: può avvenire attraverso contatto diretto con mani o oggetti contaminati; i batteri possono entrare nell’occhio anche attraverso la congiuntiva (membrana che riveste la sclera dell’occhio) - contaminazione genitourinaria: coinvolge apparato genitale e urinario - contaminazione ematica: attraverso punture o ferite, i batteri contaminano il sangue che può diffondere rapidamente l’infezione a tutto l’organismo; se il paziente ha sintomi di polmonite si fa un emocoltura perché è molto facile che il batterio dal polmone passi alla circolazione. - contaminazione intestinale: attraverso cibo e bevande contaminate ma anche attraverso la contaminazione fecale-orale - contaminazione linfatica: attraverso ferite Fattori di virulenza: - tossine: possono danneggiare le cellule dell’ospite; - capsula: strato esterno che circonda alcuni batteri, proteggendoli dal SI; - pili e flagelli: strutture proteiche che permettono ai batteri di muoversi e di aderire alle superfici; - siderofori: molecole che legano il Fe, elemento fondamentale per la crescita batterica. CAPSULA BATTERICA La capsula batterica è uno strato esterno di natura polisaccaridica, composta da zuccheri, proteine e acidi grassi. Protegge la cellula dalla fagocitosi dei macrofagi, offre resistenza agli antibiotici eliminandone il target, favorisce l’adesione alla cellula ospite e la creazione di biofilm. Tipi di capsule batteriche: - polisaccaridiche: Streptococcus Pneumoniae - proteiche: Bacillus Anthracis - peptidoglicana: Staphylococcus Aureus La capsula permette al batterio l’evasione immunitaria. Come si può studiare la capsula: - microscopia a contrasto di fase: si osserva un alone bianco attorno al batterio; - colorazione negativa: colora lo sfondo e permette di identificare la parte non colorata; - immunocolorazione: attraverso l’impiego di anticorpi che rendono visibile la capsula; FIMBRIE E PILI Le fimbrie e i pili sono strutture esterne alla capsula, con la funzione di adesione e coniugazione. Le fimbrie sono sottili e corte e sono formate da subunità proteiche semplici, disposte a spirale. I pili invece, sono spessi e lunghi e sono costituite da una sola proteina, la pilina. Alcuni vengono chiamati pili sessuali perché facilitano la formazione del materiale genetico (ruolo principale). Processo di formazione dei pili: 1. trascrizione genica 2. traduzione e assemblaggio 3. ancoraggio alla membrana 12 Il ruolo nell’adesione batterica include adesione alle superfici, colonizzazione, infezione, specificità dell’adesione e formazione di biofilm. Come si possono osservare fimbrie e pili: 1. microscopia elettronica 2. colorazione specifica 3. tecniche di immunofluorescenza: utilizza anticorpi marcati con fluorocromi; 4. metodi genetici: più complessi perché si deve sapere quale parte del DNA batterico codifica per fimbrie e pili. FLAGELLI BATTERICI I flagelli batterici sono appendici filamentose che permettono ai batteri di muoversi. Sono composti da: - filamento: ha una forma a spirale ed è composto da flagellina; è attaccato all’uncino; - uncino: struttura a forma di gancio che collega filamento e corpo basale ed è importante per il movimento rotatorio; - corpo basale: parte del flagello legata alla membrana del batterio; - anello MS: anello proteico che si trova nella membrana cellulare; fa parte del corpo basale ed è coinvolto nel movimento rotatorio. Il ruolo principale dei flagelli è la motilità, ma è importante anche per la chemiotassi. Ha inoltre importanza per il ruolo di adesione e colonizzazione, rappresentando un fattore di virulenza. La rotazione dei flagelli avviene attraverso un gradiente di protoni, che passa attraverso la membrana. Tipi di flagelli: - monotrichi: singolo flagello situato a un’estremità della cellula; tipici del Vibrio Cholerae; - lofotrichi: ciuffo di flagelli situato a un’estremità della cellula; tipici dell’Epidermidis Vorticella; - anfitrichi: flagelli su entrambe le estremità della cellula; - peritrichi: flagelli distribuiti su tutta la superficie della cellula. Anche i flagelli vengono utilizzati per lo sviluppo di nuovi antibiotici. MECCANISMI DI VIRULENZA La virulenza è la misura della capacità del batterio di causare malattia. Più un batterio è virulento, più è probabile che causi una malattia grave. Fattori di virulenza : - Adesione e colonizazzione : Il batterio arrivato alla superfice cellulare aderisce a questa tramite strutture chiamate aderenze; a questo punto i batteri iniziano a moltiplicarsi e a creare colonie; i batteri patogeni devono competere con la flora microbica residente nell’ospite per le risorse come nutrienti e spazio (competizione che può influenzare la capacità dei batteri di stabilirsi nell’ospite). - Invasione e penetrazione : Il processo di invasione implica l’uso di meccanismi specifici: o Motilità: attraverso flagelli e pili; o Enzimi: ialuronidasi, collagenasi e proteasi che degradano le proteine della matrice; o Invasine: inducono l’ingresso dei batteri nella cella ospite; 13 - Evasione del sistema immunitario; - Produzione di tossine: aggiungo patogenicità al batterio stesso; - Formazione di biofilm: protegge i batteri dall’ambiente esterno; - Acquisizione di nutrienti: rientra nella competizione; i batteri acquisiscono nutrienti tramite sistemi di trasporto che permettono l’ingresso di questa tramite la parete cellulare; - Resistenza agli antibiotici; Regolazione dei fattori di virulenza: 1. Regolazione genica: i geni che codificano per fattori di virulenza sono regolati da sistemi di segnalazione che rispondono a stimoli esterni o alla presenza di cellule immunitarie; 2. Regolazione post-traduzionale; 3. Regolazione epigenetica: ad esempio la metilazione. Stadi della patogenesi: 1. Adesione e colonizzazione; 2. Invasione e penetrazione; 3. Evasione del sistema immunitario; 4. Produzione di tossine; 5. Danno tissutale: infiammazione, necrosi e febbre. La gravità di un’infezione batterica varia in base a: virulenza del batterio, stato immunitario dell’ospite, dose di batteri, via di ingresso e condizione ambientale. * Infezione cronica = infezione che persiste per lungo tempo con sintomi ricorrenti. Strategie di evasione dei batteri - Variazione antigenica: i batteri possono cambiare i loro antigeni di superfice per evitare riconoscimento da parte del sistema immunitario dell’ospite. - Formazione di biofilm: i batteri si attaccano a una superfice (adesione), si moltiplicano e producono una matrice extracellulare (proliferazione) il biofilm matura e diventa più complesso (maturazione) e i batteri si disperdono per colonizzare altri siti (colonizzazione). - Inibizione delle risposte immunitarie: o Inibizione dell’attivazione dei linfociti T; o Interferenza con presentazione dell’antigene; o Soppressione della produzione di citochine; o Induzione di apoptosi nelle cellule immunitarie. - Resistenza agli antibiotici o Mutazioni genetiche; o Trasferimento genico orizzontale; o Espressione di enzimi di inattivazione; o Pompe di efflusso. - Soppressione delle difese dell’ospite o Inibizione fagocitosi; o Interferenza con il complemento; o Modulazione della risposta infiammatoria. - Evasione della fagocitosi: attraverso l’uso di capsule che mascherano gli antigeni di superfice, proteine di superfice ed enzimi che interferiscono con l’attacco di fagociti. 14 - Induzione dell’apoptosi: alcune tossine batteriche possono attivare le caspasi e indurre danni al dna innescando l’apoptosi; possono inoltre indurre stress ossidativo e interferire con le vie di segnalazione cellulare che regolano l’apoptosi. - Sfruttamento dei nutrienti dell’ospite: acquisizione di ferro attraverso siderofori, utilizzo del glucosio e degradazione dei lipidi. - Modulazione della risposta infiammatoria: i batteri rilasciano molecole che inibiscono le citochine pro-infiammatorie, questo porta alla soppressione dell’infiammazione e consente ai batteri di moltiplicarsi e contribuire allo sviluppo di infezioni croniche. - Evasione del sistema del complemento: i batteri possono avere proteine e enzimi che inattivano le proteine del complemento; oppure possono esprimere capsule polisaccaridiche che impediscono al complemento di legarsi. - Interferenza con la presentazione dell’antigene. - Soppressione della produzione di citochine. - Alterazione della barriera epiteliale dell’ospite: attraverso degradazione delle giunzioni strette, induzione dell’apoptosi e alterazione del citoscheletro. FARMACI ANTIBATTERICI I farmaci antibatterici sono gli unici farmaci ad essere utilizzati per trattare le infezioni di tipo batterico. Esplicano la loro funzione distruggendo o inibendo la crescita dei batteri. In base al modo in cui agiscono riconosciamo due tipi: - Battericidi: agiscono sulla sopravvivenza; - Batteriostatici: inibiscono la capacità di replicarsi. Gli antibiotici sono farmaci diretti verso patogeni, batteri e protozoi e a differenza di altri farmaci hanno un’elevata selettività e non causano effetti avversi nel resto dell’organismo (a meno che non siano presenti allergie o SI compromessi); tuttavia ci sono problematiche indirette se l’antibiotico non è associato al probiotico, causando una disbiosi intestinale. *disbiosi intestinale = condizione in cui i patogeni opportunisti (batteri normalmente presenti in condizioni fisiologiche) possono dare origine a situazioni patologiche; es. Pseudomonas Aeruginosa che causa fibrosi cistica e Clostridium difficile che causa disturbi intestinali. Gli antibatterici possono essere classificati in base a struttura chimica, meccanismo d’azione e target. Classificazione in base alla struttura chimica: - Amminoglicosidi: gentamicina - Beta-lattamici: derivati della penicillina (rocefin) - Fluorochinolon: (ciproxin) Classificazione in base al meccanismo d’azione: - Antibiotici che agiscono sulla parete cellulare: vanno ad inibire la sintesi della parete e i batteri non riescono più a produrre il peptidoglicano; - Antibiotici che agiscono sulla sintesi di proteine, DNA e RNA: agiscono all’interno della cellula; diversamente dai precedenti questi sono in grado di entrare nella membrana; - Antibiotici che causano un danno alla membrana Classificazione in base al target: - Gram + 15 - Gram – - Farmaci ad ampio spettro Fondamentalmente riconosciamo 3 grandi categorie di antibiotici: - Antibiotici naturali: penicillina che deriva dalla muffa; - Antibiotici semi-sintetici: che si ottengono modificando la struttura di quelli naturali; - Antibiotici sintetici: es. sulfamidici. In base alla risposta ai vari antibiotici, i batteri si dividono in sensibili, resistenti e intermedi. *In alcuni batteri, gli antibiotici, sfruttando la presenza di porine sulla membrana, trimeri che permettono il passaggio di molecole di grandezza 800-900 dalton. Tipi di resistenza: - Intrinseca (o biologica o innata): il batterio di suo ha una resistenza verso quel determinato antibiotico; ad esempio la Klebsiella Pneumoniae è resistente all’ampicillina, perché è in grado di produrre le beta-lattamasi che degradano l’anello beta-lattamico; sull’intrinseca può subentrare la resistenza acquisita; - Acquisita (clinica): si sviluppa per meccanismi di trasformazione (passaggio di frammenti di DNA da un batterio morto a uno vivo), trasduzione (attraverso un batteriofago) e coniugazione (tramite strutture che permettono il passaggio di materiale genetico da un batterio all’altro). Cause che portano allo sviluppo della resistenza: - Sotto dosaggio - Il farmaco non viene assunto in modo corretto - Modifica del target *bisogna tenere conto della farmacocinetica, ovvero distribuzione, metabolismo ed escrezione del farmaco e della farmacodinamica, che descrive interazione tra farmaco e bersaglio. Classi principali di antibiotici → VEDI TABELLA Per valutare la resistenza o la sensibilità di un batterio agli antibiotici si effettua l’antibiogramma. Si effettua in 5 fasi: 1. Isolamento della colonia del batterio 2. Scelta degli antibiotici da testare 3. Scelta di un metodo di test 4. Misurazione della crescita batterica: se il batterio è sensibile si crea un alone 5. Interpretazione dei risultati Metodi di test: - agar diffusione in disco: si possono usare due strumenti, il disco ABG oppure l’E-test; - diluizione in brodo: si hanno concentrazioni diverse di antibiotico e si misura la MIC; si coltiva il batterio, si stempera quest’ultimo all’interno di un terreno liquido e infine i batteri diluiti vengono messi in coltura, dove si valuta la crescita batterica in ogni tubo. - diffusione in agar: uguale alla diluizione in brodo con la differenza che poi si utilizza l’agar, ovvero una piastra → metodo principalmente quantitativo. 16 *la determinazione della MIC permette di andarla a confrontare con break point clinici, determinati dalla EUCAST, comitato europeo che determina la suscettibilità antimicrobica. L’antibiogramma non è infallibile e richiede un minimo di 24h. STAPHYLOCOCCUS Lo staphylococcus è un genere di batteri Gram +. Si tratta di cocchi, quindi di batteri sferici, immobili, disposti in gruppi simili a grappoli d’uva. Sono catalasi positivi e questo li distingue dagli streptococchi. Crescono a temperature comprese tra i 30 e i 37 gradi ma possono sopravvivere a temperature più basse o elevate. Sono anaerobi facoltativi. Tra i fattori di virulenza vi sono tossine, enzimi litici e fattori di evasione immunitaria. Per quanto riguarda la patogenicità producono tossine e possiedono adesine che gli permettono di aderire a specifici recettori sulle cellule ospiti. L’uomo è un serbatoio naturale per staphylococcus aureus: il 30%-50% sono colonizzati, soprattutto in zone quali il vestibolo nasale e la regione perineale; infatti in caso di sospetta colonizzazione si deve eseguire un tampone rettale o nasale. L’infezione si presenta con febbre altissima, sensazione di malessere generale e talvolta con brufoli con pus giallo, ascessi e cellulite. Alcune specie più gravi possono causare bronchite, polmonite, osteomielite, endocardite, batteriemia e sepsi. Lo staphylococcus può produrre una tossina presente nel cibo e tossica per l’apparato gastrointestinale, portando a gastroenterite. Altre manifestazioni cliniche: - Sindrome da cute ustionata: dovuta a staphylococcus aeurus, si manifesta con desquamazione, bolle ed eritema; - Sindrome da shock tossico: causata da staphylococcus aeurus; è caratterizzata da febbre elevata, rush cutaneo, grave ipotensione, desquamazione della pelle, coinvolgimento di almeno 3 sistemi organici e improvviso deterioramento delle condizioni cliniche; colpisce principalmente donne in età riproduttiva. Come si effettua la diagnosi di laboratorio: Il gold standard è l’esame colturale. Il campione biologico viene seminato su terreni selettivi e differenziati e questo consente di valutare la sensibilità agli antibiotici. Seguono le tecniche di biologia molecolare che consentono un’identificazione rapida dei geni specifici di staphylococcus (gene mecA). Successivamente grazie a test sierologici si valuta la presenza di anticorpi specifici contro gli antigeni del batterio. I terreni di coltura selettivi per questo batterio sono quelli contenenti: mannitolo e cloruro di sodio. Ad esempio si utilizza il terreno CNA che inibisce la crescita di batteri Gram –. Le colonie di staphylococchi appaiono di colore bianco-grigiastro con un alone di pigmento giallo dovuto alla fermentazione del mannitolo presente nel terreno. Metodi di identificazione Per lo staphylococcus aeurus si utilizzano: 17 - Test della catalasi: serve a determinare la presenza della catalasi, che catalizza la decomposizione del perossido di idrogeno in acqua e ossigeno; è utile per distinguere questo batterio da altri batteri Gram+ ma catalasi negativi. - Test della coagulazione: la maggior parte dei ceppi di S.aureus producono coagulasi (la formazione di un coagulo indica un risultato positivo). Mentre altri staphylococchi non la producono. Se è presente un’infezione da staphylococco bisogna mettere in atto l’emocoltura: 1. Prelievo del campione: prelievo venoso effettuato in 3 tempi diversi, utilizzando 2 flaconi, uno anaerobico e uno aerobico; 2. Incubazione e coltura: in un dispositivo automatico che monitora la crescita; 3. Identificazione e antibiogramma: tramite test specifici; 4. Referto. Tipi di staphylococcus - S.Auerus resistente alla meticillina (MRSA): ceppo batterico particolarmente pericoloso resistente a molti antibiotici può dare patologie gravi come polmonite, sepsi e meningite; - S.Coagulasi negativi (CONS): si distinguono dai precedenti per mancanza di coagulasi si tratta di batteri commensali, generalmente meno aggressivi, diffusi sulla pelle e le mucose dell’uomo o animali; possono causare infezioni opportunistiche e dare endocardite o altre infezioni. Principali antibiotici: Meticillina, Flucloxacillina, Cefazolina, Vancomicina, Linezolid e Daptomicina. * Endocardite = infezione cardiaca grave che colpisce l’endocardio, strato interno del cuore. * Osteomielite = causa dolore e limitazione funzionale delle ossa colpite. STREPTOCOCCUS Gli streptococchi sono un gruppo di batteri gram + a forma di cocchi e si uniscono in catene; fanno parte dei cocchi anaerobi facoltativi. Molti streptococchi sono patogeni opportunisti e causano infezioni quando il sistema immunitario è indebolito; alcuni possono far parte della flora batterica senza provocare malattie. Hanno una parete molto spessa, ricca di peptidoglicano. Sulla superficie sono presenti fattori di virulenza come capsula e pili adesivi. Gli streptococchi possono causare varie infezioni come faringiti, polmoniti e meningiti. Classificazione e tipi di streptococchi: si basa su criteri come la capacità di produrre emolisi (processo che porta alla rottura dei globuli rossi e gli streptococchi possono essere α, β o γ, questi ultimi non sono emolitici) struttura antigenica del polisaccaride della parete cellulare (in base a questa gli streptococchi vengono raggruppati in diversi gruppi A, B, C, …). Le principali specie di streptococchi sono 3: - Streptococcus Pyogenes - Streptococcus Pneumoniae - Streptococcus Agalactiae Ciclo vitale: 1. Riproduzione: si riproducono rapidamente e si dividono in 2 cellule figlie identiche; 18 2. Aggregazione: i batteri formano catene o coppie grazie alla loro divisione in un singolo piano; 3. Sopravvivenza: sono capaci di resistere in ambienti diversi come mucose, alimenti e superfici inanimate. Streptococcus Pyogenes: anche noto come streptococco di gruppo A; si tratta del principale agente eziologico della faringite streptococcica; produce diversi enzimi e tossine come la streptolisina S e la streptolisina O, responsabili della distruzione di globuli rossi e tessuti. Si trasmette attraverso goccioline di saliva e secrezioni respiratorie o attraverso contatto diretto con lesioni cutanee. A volte il batterio può colonizzare la faringe senza dare sintomi nell’immediato (portatori sani del batterio). Se l’infezione non viene trattata, può causare: - Sindrome da shock tossico: provoca shock, insufficienza multiorgano e in alcuni casi decesso; - Glomerulonefrite: provoca un’infiammazione dei reni; - Febbre reumatica: infiammazione delle articolazioni, del cuore, della pelle e del sistema nervoso; è dovuta a una reazione immune che porta alla produzione di anticorpi che si accumulano nelle articolazioni e nella valvola mitralica, generando infiammazione. Streptococcus Pneumoniae: principale batterio responsabile della polmonite ma può causare anche sepsi, meningite batterica, peritonite e otite. Si trasmette attraverso goccioline di saliva ed è molto resistente. Streptococcus Agalactiae: noto come Streptococco del gruppo B, causa gravi infezioni nei neonati (sepsi, polmonite e meningite)durante le ultime settimane di gravidanze, il parto e le prime settimane di vita. Questo batterio si trova nell’intestino e nel tratto vaginale delle donne; nella maggior parte dei casi non crea problemi. Si può fare un test di screening per questo batterio e se una donna risulta positiva, può assumere antibiotici durante il travaglio per ridurre il rischio di infezione. Diagnosi dello streptococco: - Tampone faringeo: consiste nel prelevare un campione di cellule dalla gola con tampone sterile; - Analisi del sangue: rileva la presenza di marcatori di infiammazione come PCR (proteina C reattiva) e VES; un aumento della VES indica una risposta infiammatoria acuta; un aumento di PCR indica una infezione in corso. - Coltura batterica: lo streptococco per crescere ha bisogno di nutrienti specifici come glucosio o lattosio (per energia), amminoacidi (sintesi proteica) e vitamina B, sodio, potassio e magnesio; per isolare gli streptococchi vengono usati antibiotici come la bacitracina per sopprimere i Gram -, oppure coloranti come il verde brillante per inibire la crescita di Gram + non streptococchi. *gli streptococchi crescono come colonie rotonde, lucide e circondate da un alone di emolisi. Altri test: - test di sensibilità alla bacitracina per Streptococcus Pyogenes → metodo per identificare il batterio responsabile della faringite streptococcica; - test di Optochina per Streptococcus Pneumoniae (unico tra gli streptococchi ad essere sensibile a questo antibiotico): si isola la colonia su piastra, si deposita un dischetto 19 impregnato di optochina; un alone attorno al dischetto indica la presenza del batterio; questo test serve per diagnosticare la polmonite pneumococcica - titolo antistreptolisinico (TAS): esame usato per rilevare anticorpi contro la streptolisina O, tossina prodotta dallo streptococco Pyogenes; si usa per diagnosticare faringite, glomerulonefrite post streptococcica e febbre reumatica; se il TAS rimane alto significa che l’infezione è ancora in corso; - dosaggio del fattore reumatoide: il fattore reumatoide è un anticorpo che si rileva in pazienti con artrite reumatoide e malattie autoimmuni, la sua presenza indica una risposta anomala del sistema immunitario → qual è la sua connessione con lo streptococco? Un’infezione da streptococco pyogenes può portare ad una reazione immunitaria che produce il fattore reumatoide, che aumenta il rischio di contrarre la febbre reumatica, che colpisce cuore, articolazioni, pelle e cervello. Trattamento antibiotico: per la faringite streptococcica si usano penicillina o amoxicillina; per la polmonite da streptococco pneumoniae si usa la cefotaxima o vancomicina. BRUCELLA La brucella è l’agente eziopatologico della brucellosi, una malattia infettiva che colpisce animali e uomini. Si tratta di una zoonosi perché la trasmissione avviene dall’animale all’uomo. Il genere brucella comprende diverse specie con caratteristiche e preferenze di ospite diverse: - Brucella melitensis: colpisce caprini e ovini; - B.abortus: associata ai bovini, causa aborti; - B.suis: colpisce i suini; - B.canis: associata ai cani. Dal punto di vista genetico c’è omogeneità e questo rende difficile l’identificazione per cui sono richieste tecniche diagnostiche avanzate. La brucellosi colpisce l’area mediterranea del medio oriente e dell’America latina. I fattori di rischio sono: - Consumo di latte o prodotti caseari non pastorizzati: essendo patogeni sensibili ad alte temperature, la pastorizzazione consente di ucciderli; - Contatto con animali infetti. Le modalità di trasmissione possono essere: - Contatto diretto con animale infetto; - Ingestione prodotti alimentari contaminati; - Esposizione ad areosol contaminati. Patogenesi: la brucella è un Gram -, un coccobacillo acapsulato, immobile, asporigeno, aerobico facoltativo, ossidasi e catalasi positivo. Riesce a resistere alla fagocitosi e quindi ad eludere il sistema immunitario. Essendo una zoonosi, parte dall’animale e arriva all’uomo. Una volta che avviene l’infezione, non si ferma nel tratto intestinale ma penetra a livello sistemico attraverso le mucose e va a colonizzare fegato, milza, linfonodi e midollo osseo. L’immunità cellulo-mediata, cerca di confinare l’infezione ma non ci riesce e in 1/3 dei casi si può avere artrite settica. 20 Come fa ad evadere la risposta immunitaria? Attraverso il sistema VirB, un complesso proteico che inibisce la funzione dei fagosomi con i lisosomi e quindi impedisce la distribuzione dei batteri all’interno dei macrofagi; inoltre produce molecole che interferiscono con la presentazione dell’antigene ai linfociti T. Sintomi: febbre ondulatoria, con picchi e cali di temperatura accompagnati da brividi, sudorazione e malessere, sintomi gastrointestinali, dolori muscolari e articolari e a volte sintomi neurologici. Il decorso è positivo se viene presa in tempo. Può andare dai 3 ai 6 mesi e talvolta possono esserci complicanze quali: granulomi epatici, artriti, anemia, leucopenia, meningiti ed endocarditi. Diagnosi: viene effettuata con test di laboratorio, test sierologici e molecolari. Per l’isolamento della brucella viene usata l’emocoltura: viene preso un campione di sangue, messo in coltura in terreni arricchiti con sangue o siero, in un’atmosfera microaerofila (5-10% CO2); in 3-4 giorni si iniziano a vedere le colonie che però devono rimanere incubate per almeno 3-6 settimane perché potrebbe esserci una crescita ritardata; se dopo 3-4 giorni si ha una crescita la colonia viene identificata attraverso il Maldi che identifica la tipologia di Brucella. Trattamento: Doxiciclina, in combinazione con rifampicina, gentamicina e streptomicina; oltre che farmaci antinfiammatori e analgesici. Un metodo di prevenzione può essere la vaccinazione negli animali e controllo allevamenti. ENTEROCOCCUS Gli enterococcus sono batteri Gram+, presenti nel nostro microbiota intestinale. Sono ubiquitari e opportunisti, perché in alcuni casi possono diventare patogeni, causando gravi infezioni nei pazienti ospedalizzati e immunocompromessi (che presentano morbo di Chron o rettocolite ulcerosa). Le specie di interesse dal punto di vista clinico sono: l’enterococcus fecali e l’entorococcus fecium. Si presentano come cocchi sferici ovali, raggruppati a coppia o catene corte. Sono catalasi negativi e asporigeni, oltre che aerobi facoltativi; richiedono la presenza di NaCl al 6,5% e un Ph molto basico a 9,6; a differenze delle brucelle fermentano glucosio e producono acido lattico. Sono molto resistenti agli antibiotici (la resistenza può essere acquisita o intrinseca) soprattutto alla Vancomicina. I target di resistenza sono dati dai geni Van A e Van B, localizzati sui plasmidi. Vengono usati come indicatori di contaminazione fecale delle acque perché sono presenti nelle feci. Danno infezioni a livello sistemico portando talvolta a sepsi e danno infezioni intra addominali soprattutto dopo interventi chirurgici. La diagnosi avviene attraverso la raccolta di sangue, urine, ferite o tamponi; il campione viene messo su piastra e identificato attraverso il Maldi. MYCOBACTERIUM Il genere mycobacterium comprende molte specie importanti, non tutte patogene. I micobatteri sono aerobi (questo gli consente di metabolizzare lipidi complessi), acido-alcol resistenti e infatti presentano una colorazione rossa su una base blu, per identificarli e distinguerli dagli altri batteri bisogna usare la colorazione Ziehl-Nielsen, oppure si può utilizzare la microscopia a fluorescenza o a campo oscuro. Sono batteri immobili, asporigeni, hanno una forma a bastoncello e possono essere ramificati. Sono Gram + e hanno una parete cellulare molto spessa, ricca di lipidi; il più importante 21 tra i costituenti della parete è l’acido micolinico, che gli conferisce resistenza. Hanno una replicazione lenta e binaria e formano colonie rugose o pigmentate. Le principali malattie causate sono tubercolosi e lebbra. Vi sono 200 specie, che si classificano in base a diverse caratteristiche. Tecniche diagnostiche: questi batteri richiedono terreni dotati di specifici nutrienti e inibitori. Per il M. Tubercolosis sono usati terreni che presentano uovo e glicerina; il terreno poi viene incubato a 37 gradi da 4 a 6 settimane e le colonie avranno un colore giallo/bianco. Possono essere anche usati terreni agar specifici come il set TH10 (terreno solido) e TH11(terreno liquido). Possono essere usati per la crescita di diversi micobacterium a differenza del terreno Jensen, specifico per il M. tubercolosis. Nel tempo sono nati sistemi di coltura automatici come il Bactet, in grado di rilevare l’anidride carbonica prodotta dai batteri in crescita. Tra le tecniche di biologia molecolare ci sono: - Analisi del DNA: PCR - Ibridazione molecolare - Sequenziamento del genoma - Analisi proteomica Sensibilità agli antibiotici: si effettuano test di sensibilità fenotipici per valutarne la suscettibilità. Solitamente si fanno il test della MIC o il test del mycobacteria pro indicator tube, il quale si avvale di tubi che contengono un mezzo di coltura e un sensore di fluorescenza che rileva la crescita del batterio; il sensore emette una fluorescenza nel momento in cui il batterio cresce e consuma ossigeno. MYCOBACTERIUM TUBERCOLOSIS: agente patogeno (obbligato) della tubercolosi. La sua membrana cellulare presenta: membrana citoplasmatica, parete cellulare di peptidoglicano e un involucro esterno ricco di lipidi. Questa parete cellulare è importante nell’adesione alle cellule ospiti e nella formazione dei granulomi (strutture che caratterizzano la tubercolosi). Si trasmette per via aerea, attraverso goccioline di saliva e sopravvive nell’ambiente esterno per brevi periodi perché richiede temperature di almeno 37 gradi per crescere. Se viene inalato, penetra nei polmoni e si diffonde ad altri organi (linfonodi, ossa, articolazioni, meningi, pericardio, …) attraverso il sangue (talvolta può provocare meningite tubercolare, condizione fatale); di conseguenza il sistema immunitario reagisce con un’infiammazione, ma il batterio è in grado di eluderlo, impedendo la formazione del fagolisosoma e sopravvivendo all’interno dei macrofagi. Inoltre, questo batterio può sopprimere la produzione di citochine. Questo batterio è capace di rimanere in una fase di latenza, causando resistenza alla terapia e ricadute, infatti, la tubercolosi è una malattia cronica, che può manifestarsi anche dopo un periodo di latenza di molti anni. Patogenesi: 1. la prima fase è l’infezione, in cui avviene lo sviluppo di un complesso primario con la trasmissione del batterio che arriva a livello degli alveoli polmonari e viene incluso nei macrofagi; questi non riescono a distruggere il batterio che continua a replicarsi; 2. successivamente viene attivata una risposta immunitaria cellulo-mediato con il rilascio di citochine che portano alla formazione del granuloma (contiene cellule morte e si crea pertanto una zona di necrosi); 3. il micobatterio si può espandere una volta penetrato, dai polmoni fino ai linfonodi; 22 Durante la fase attiva della malattia il paziente viene subito trattato ma quando si manifesta un abbassamento del sistema immunitario, il batterio si riattiva e ridà la malattia. Durante il periodo di latenza il paziente non è infetto. La riattivazione della malattia può essere causata da: infezione di HIV, malattie croniche, terapia immunosoppressiva, età avanzata, gravidanze, malnutrizione e abuso di sostanze. Sintomi e diagnosi: i principali sintomi sono tosse, febbre, sudorazione notturna, perdita di peso e affaticamento. La diagnosi viene effettuata grazie a una serie di test come: - radiografia del torace: per vedere lesioni polmonari; - esame microscopico dell’espettorato: consente di vedere la presenza del micobatterio; - test cutaneo della tubercolina (Mantoux): consiste in un’iniezione a livello intradermale di un purificato di proteine derivate da un bacillo di tubercolosi; si aspettano 48-72h e poi si va a misurare il diametro e la consistenza del ponfo; maggiore è il diametro, maggiore è la probabilità che ci sia un’infezione; - test molecolari - test dell’interferon gamma: misura la quantità di interferon gamma dai linfociti T - test Quantiferon: esame del sangue che permette la diagnosi di tubercolosi latente perché misura la produzione di interferon gamma; il risultato non viene compromesso dalla vaccinazione; in caso di altre infezioni o immunosoppressione può dare falsi negativi; il test usa antigeni specifici per il M. Tubercolosis (ESAT6 e FP10 non presenti nel vaccino) e consiste nel prelievo di un campione di sangue incubato per un certo periodo di tempo, in seguito al quale viene misurata la produzione di interferon gamma. Il gold standard è il mettere in coltura il bacillo di Koch, ma è un processo che richiede tempi lunghi. Trattamento e prevenzione: solitamente viene somministrata una terapia antibiotica con diversi farmaci: - isoniazide: agisce sulla sintesi degli acidi micolici; il batterio che presenta una mutazione sul gene katG e sul gene inhA è resistente a questo antibiotico; - rifampicina: inibisce la sintesi di RNA; il batterio che presenta una mutazione sul gene rpoB è resistente a questo antibiotico; - pirazinamide: rende acido il pH citoplasmatico; il batterio che presenta una mutazione sul gene pncA è resistente a questo antibiotico; - etambutolo: blocca un enzima che catalizza la sintesi della parete cellulare; La durata di questi trattamenti è di almeno 6 mesi. Nella prevenzione è fondamentale il vaccino e molto importante è il protocollo terapeutico DOTS formato da 5 fasi: identificazione precoce, trattamento, osservazione, supporto e sorveglianza. Ci possono essere dei ceppi resistenti come l’MDR (resistente a isoniazide e rifampicina) e l’XDR tubercolosis (resistente a fluorochinoloni e almeno uno dei farmaci iniettabili in seconda linea). MYCOBACTERIUM LEPRAE: è l’agente patogeno della lebbra, che è una malattia cronica che colpisce pelle, nervi periferici, vie respiratorie superiori e occhi. È un batterio intracellulare obbligato. La via di trasmissione è da contatto con dell’espettorato o contatto diretto con il paziente infetto. Questo micobatterio ha una replicazione molto lenta, infatti la manifestazione clinica è ritardata rispetto all’infezione. 23 Sintomi: Il batterio causa danni e menomazioni come dita amputate. All’esordio si presenta con macchie cutanee pallide o rosse e il paziente riporta perdita di sensibilità e intorpidimento e lesioni degli arti e agli occhi. Se il paziente non viene trattato subito, la lebbra può causare disabilità e deformità. Diagnosi e trattamento: dal punto di vista diagnostico è fondamentale l’esame istologico del campione di pelle del paziente. Il trattamento invece si basa su un trattamento multifarmaco, che combina antibiotici come la rifampicina, la clofaxima (danneggia il DNA del batterio) e il dapsone (inibisce la sintesi batterica dei folati). MYCOBACTERIUM MOTT (Micobacterium Other Than Tubercolosis): tutto ciò che non è tubercolosi viene definito MOTT. Si tratta di un gruppo eterogeneo di batteri ambientali, che riescono a vivere nell’acqua e nel suolo. Alcuni di essi sono patogeni e causano infezioni polmonari e infiammazioni a livello di linfonodi e cute. Tra le specie più comuni abbiamo: - M. Avium: sintomi simili alla tubercolosi; - M. Kansasii: infezioni polmonari; - M. Ulcerans: causa l’ulcera di Buruli, infezione a livello di pelle e tessuti molli. Si tratta di batteri difficili da diagnosticare e da trattare, perché richiedono terapie lunghe dai 6 ai 12 mesi. Classificazione dei batteri non tubercolari: - Fotocromogeni: dotato di carotenoidi e se vengono colpiti dalla luce si colorano; includono M. Kansasii e il Marinum Tensiniae; - Scotocromogeni: producono pigmento anche in assenza di luce; causano patologie tra cui linfadenite, osteomielite e polmonite; - Non fotocromogeni: non producono pigmenti, rimangono incolori; tra questi troviamo M. Avium, M. intracellulare e M. Xenopi. BORDETELLA Bordetella è un genere di batteri Gram – responsabile di infezioni respiratorie come la pertosse. Ha la capacità di mutare e questo comporta la sua naturale attualità. Si presenta la microscopio con colorazione di gram con colore rosso in quanto la membrana esterna trattiene il secondo colorante. F parte della famiglia delle Alcaligenacee, che include diverse specie tra cui: - Pertussis: responsabile della pertosse classic; - Parapertussis: causa forme lievi di pertosse; - Bronchiseptica: infetta principalmente animali. Le 2 specie principali e rilevanti per l’uomo sono Pertussis e Parapertussis. Al microscopio i batteri di questo genere si presentano come cocco-bacilli; sono asporigeni (ad eccezione del Bronchiseptica) e immobili; il batterio presenta una capsula di polisaccaridi e presenta fimbrie e adesine, che permettono l’adesione alle cellule dell’epitelio respiratorio. Sono aerobi, catalisi positivi e ossidasi positivi. Usano amminoacidi e acidi organici come fonte di energia e crescono lentamente, per cui il gold standard dal punto di vista dell’isolamento è la PCR (permette di distinguere Pertussis da Parapertussis). Hanno la capacità di eludere il sistema immunitario evitando la fagocitosi. 24 Tra i fattori di virulenza ci sono le tossine tra cui: - Tossina Pertussica; - Adenilato ciclasi tossina. Nella fase di inizio dell’infezione bordetella penetra nelle vie respiratorie tramite inalazione, si attacca e aderisce alle cellule dell’epitelio respiratorio, invadendole e eludendo la risposta immunitaria. BORDETELLA PERTUSSIS: agente della pertosse, patologia caratterizzata da 3 fasi: 1. Fase catarrale: dura da 1 a 2 settimane, prevede sintomi di un comune raffreddore ed è una fase altamente contagiosa; 2. Fase parossistica: con attacchi di tosse parossistica, seguita da ispirazioni forzate; tra alti sintomi si hanno vomito e cianosi; è la fase più contagiosa e debilitante; 3. Fase di convalescenza: si può protrarre da settimane a mesi. Diagnosi e trattamento: il bordetella pertussis attraverso i fattori di virulenza crea uno stato infiammatorio a livello del tratto respiratorio. Per la diagnosi il clinico indaga i sintomi nella seconda fase della malattia, raccoglie i tamponi ed effettua un’analisi colturale su batteri e su piastre Regan, arricchite con sangue di cavallo che ne permette la crescita. Il trattamento si avvale di broncodilatatori, antipiretici e fluidificanti, oltre che antibiotici quali: - Eritromicina: blocca la crescita batterica; - Azitromicina: blocca la sintesi proteica; I vaccini somministrati rientrano in 2 tipologie: cellule intere e acellulari. BORDETELLA PARAPERTUSSIS: causa la pertosse atipica con sintomi simili a quelli della pertosse classica: tosse persistente, febbre e congiuntivite. Mancano attacchi di tosse violenta tipici della Pertussis. Diagnosi e trattamento sono uguali alla pertussis. BORDETELLA BRANCHISEPTICA: infetta cani, maiali e altri mammiferi attraverso tosse, starnuti e contatto diretto tra animali infetti. Nel cane si manifesta con tosse prolungata, starnuti, tosse e febbre; nei maiali porta a riduzione dell’appetito, crescita rallentata e broncopneumoniae. HAEMOPHILUS Haemophilus è un batterio Gram – e fa parte della famiglia di Pasteurellaceae. Ha una caratteristica forma bastoncellare o cocco bacillare ed è un batterio pneumorfo. E’ immobile, privo di spore e capsule. E’ un patobionte, normalmente fa parte della flora di alcune mucose umane ma può diventare patogeno. Richiede fattori di crescita specifici, come il fattore X il fattore V. Cresce bene su Agar cioccolato e richiede CO2, il che lo rende un batterio anaerobio. Le specie di Haemophilus sono divise in 3: - H. influenzae: include 3 specie fattore X dipendenti; - H. parainfluenzae: include 5 specie fattore X indipendenti; - H. ducreyi. Fattori di virulenza: - Capsula polisaccaridica; 25 - Adesione: favorita dalle adesine; - Proteasi: in particolare IgA-proteasi che degradano le IgA, fondamentali per la protezione della superfice della mucosa dove il batterio si attacca. HAEMOPHILUS INFLUENZAE: è un coccobacillo Gram -, microaerofilo (richiede CO2) e catalasi positivo. Può causare gravi infezioni respiratorie di tipo invasivo, soprattutto in bambini sotto i 5 anni, tra le patologie: polmonite, sinusite, otite, meningite ed epiglottide. HAEMOPHILUS DUCREYI: è un batterio Gram -, coccobacillare, immobile e anaerobio facoltativo. E’ l’agente eziologico dell’ulcera molle, malattia a trasmissione sessuale caratterizzata da lesioni ulcerative e purolente su genitali esterni. La diagnosi viene fatta tramite coltura usando Agar cioccolato. L’identificazione è poi confermata con il Maldi-Tof che differenzia Ducreyi da Influenzae. Il trattamento prevede: Azitromicina, Cefalosporine e Fluorochinoloni (inibisce la DNA-girasi e la topoisomerasi). HAEMOPHILUS PARAINFLUENZAE: batterio Gram -, coccobacillare, microaerofilo e facoltativo. Fa parte della normale microflora ma in determinate condizioni può manifestare patogenicità. La via di trasmissione avviene tramite goccioline respiratorie. Causa: endocarditi, polmoniti, infezioni del tratto urinario e meningite batterica. Le manifestazioni possono diventare anche sistemiche causando sepsi. Altre manifestazioni includono artrite settica, pericardite, epiglottide, cellulite e osteomielite. PATOGENESI: questo batterio aderisce ai recettori presenti sulle cellule epiteliali attraverso le adesine; riesce a resistere all’espulsione causata dalla tosse e grazie al rilascio di tossine e proteasi riesce a penetrare e diffondersi nei tessuti. Grazie alla capsula e proteine di membrana esterne riesce ad evadere il sistema immunitario esterno. Diagnosi: si effettua attraverso esame colturale e la PCR. Per la ricerca di anticorpi specifici si effettua un’analisi sierologica. Il trattamento è antibiotico. NEISSERIA Il genere neisseria appartiene ad una classe β-proteobacteria, ordine Neisseriales, famiglia Neisseriacea. Si tratta di batteri Gram -, cocchi e non bacilli, aerobi obbligati (richiedono per questo terreni di coltura specifici arricchiti con sangue o fattori di crescita; le colonie hanno un aspetto grigio o bianco) e si dispongono a coppie o gruppi e sono generalmente immobili e asporigeni. Per la loro patogenicità hanno sviluppo una capsula polisaccaridica che li protegge dal SI e dagli antibiotici. Inoltre, questi batteri per aderire alla cellula ospite, producono adesine. Dove si trovano questi batteri? - N. sicca e N. mucosa non sono patogeni e abitano nelle vie respiratorie superiori, incluso naso, faringe e bocca e ne costituiscono la flora; - N. gonorrhoeae si trova nel tratto urogenitale e anche a livello del retto e della congiuntiva; - N. meningitidis si trova nella rinofaringe e aderisce bene alle cellule epiteliali, infatti è difficile rimuoverlo con muco o starnuti; - N. lactamica è isolato sulla cute e non è patogeno. Dunque la Neisseria si adatta a tutti gli ambienti e può sviluppare molti meccanismi di patogenicità. 26 Trasmissione: la N. gonorrhoeae si trasmette per contatto diretto attraverso rapporti sessuali non protetti e in modo verticale; anche la N. meningitidis può essere trasmessa per via verticale, ma la via di trasmissione più comune è la via respiratoria. Esiste anche la trasmissione indiretta. Processo patogenetico: 1. Colonizzazione della mucosa; 2. Diffusione sistemica attraverso il sangue; Questi batteri producono tossine e enzimi che idrolizzano le proteine dei tessuti colpiti. Il meccanismo patogenetico del genere Neisseria è legato alla sua capacità di aderire alle cellule epiteliali dell’ospite e quindi di avere fattori di virulenza come pili e adesine. Neisseria Gonorrhoeae: è un diplococco, Gram – che colonizza le mucose urogenitali, rettali ma anche faringee, e che porta a malattie come: infiammazione pelvica, epididimite, sterilità. L’infezione genitourinaria si manifesta con bruciore durante la minzione e perdite purolente. Neisseria Meningitidis: è un diplococco, Gram – che causa meningite e può arrivare a dare quadri di sepsi. L’infezione si presenta con forti febbre, dolore alla nuca, cefalea, fotofobia e rush cutaneo di tipo emorragico. In casi gravi porta a coma, shock settico, cecità, sordità ed encefalite. La diagnosi viene effettuata prelevando liquido cerebrospinale. Meningococchi e differenti sierotipi: per quanto riguarda la N. meningitidis ci sono diversi sierotipi, dovuti alla presenza di diversi antigeni sulla capsula. I principali sierotipi, responsabili di quadri septici sono A, B, C, W e Y. L’identificazione di questi guida all’identificazione del trattamento antibiotico. I meningococchi possono essere classificati in base alle proteine esterne di membrana; tra queste ci sono la PorA e la PorB, importanti per l’adesione alla cellula ospite. Metodi di identificazione: nell’esame colturale si usano terreni arricchiti ma non selettivi come l’agar cioccolato, ottenuto scaldando a 90 gradi l’agar sangue. Queste colture batteriche necessita della microaerofilia, ovvero una concentrazione di ossigeno tra il 5-10%. Si possono usare anche terreni più selettivi come il Thayer Martin in cui sono stati aggiunti antibiotici che impediscono la crescita di altra flora batterica. Questo è utile se si deve analizzare un tampone nasofaringeo per capire se il paziente ha la Neisseria meningitidis, oppure un tampone cervicale per la Neisseria gonorrhoerae. Diagnosi: - Analisi colturale - Test di sensibilità agli antibiotici - Tecniche molecolari - Rilevazione anticorpi contro i batteri Per il trattamento si utilizzano penicilline, cefalosporine o fluorochinoloni. SPIROCHETE Le spirochete sono batteri ad elica, lunghi e sottili che si muovono con un movimento a cavatappi. Questi batteri possiedono al loro interno una serie di filamenti proteici che rendono la struttura rigida ma anche flessibile per il movimento. Per il movimento infatti sono dotati di flagelli che gli permettono di muoversi secondo un moto ondulatorio. Questi batteri hanno una particolare capacità 27 di sopravvivenza. Le spirochete appartengono al dominio Bacteria e sono classificate nel phylum Spirochaetes e si trovano nel suolo, nell’acqua, in animali e insetti. Alcune specie decompongono la materia organica e altre sono patogene per l’uomo. Tra le spirochete ritroviamo: - Treponema Pallidum: responsabile della sifilide; - Leptospira: responsabile della leptospirosi; - Borrellia Burgdorferi: responsabile della borrelliosi; causa la malattia di Lyme; - Spirocheta: si trova nell’acqua. Le spirochete vengono classificate in base al gene ribosomiale 16S. Patogenicità: alcune di queste grazie alla loro forma penetrano nei tessuti dell’ospite e eludono il SI. La motilità a elica permette loro di raggiungere più facilmente gli organi e i tessuti. La virulenza delle spirochete è legata alla presenza di adesine superficiali, alla produzione di enzimi che degradano i tessuti connettivi e alla capacità di variare le proteine di superficie per sfuggire alla risposta immunitaria. Sifilide: causata dalla Spirocheta Treponema Pallidum, si trasmette attraverso il contatto sessuale diretto con lesioni infette (sifilomi). La malattia presente varie fasi, durante la primaria e la secondaria si presentano queste lesioni sui genitali, sull’ano e sulla bocca. Raramente la trasmissione può avvenire per via transplacentare (sifilide congenita → può causare ritardo mentale, mal formazioni e morte) o attraverso trasfusioni. La sifilide secondaria si manifesta settimane e mesi dopo, con eruzioni cutanee, febbre, mal di testa e linfonodi ingrossati. La sifilide terziaria si può sviluppare anni dopo causando danni al cuore, cervello, occhi e ossa. Leptospirosi: è causata dalla leptospira che appartiene alla famiglia delle Leptospiracae. Questo batterio si distingue per la sua forma lunga con estremità uncinate e per la sua motilità a cavatappi. La leptospira interrogans è patogena per l’uomo e cresce in ambienti umidi e caldi. I principali vettori di questo batterio sono i roditori. La fase iniziale detta “leptospiremica” è quella in cui il batterio si fa strada attraverso il sangue ed è caratterizzata da febbre alta, cefalea, mialgia, congiuntivite, nausea e vomito. In alcuni casi, l’infezione può evolvere in una fase più grave con ittero, emorragie, insufficienza renale e meningite causando la malattia di Weil. La trasmissione avviene per contatto diretto o indiretto con urine di animali infetti, attraverso lesioni cutanee o ingestione di acqua contaminata. Borrelliosi di Lyme: è una malattia infettiva multisistemica, causata dalla Spirocheta Borrellia Burgdorferi sensu latu. La trasmissione all’uomo avviene attraverso la puntura di zecche del genere Ixodes; queste zecche attraversano un ciclo vitale diviso in 4 stadi: uovo, larva, ninfa e adulto. Larve e ninfe si nutrono di piccoli mammiferi che fungono da serbatoi per la spirocheta. Successivamente nella fase di adulta, la zecca trasmette la spirocheta all’uomo. 28 I sintomi della malattia di Lyme sono: eritema migrans, una chiazza rossa a forma di anello che compare nel sito di puntura della zecca; febbre; cefalea; dolori muscolari e articolari. In assenza di trattamento l’infezione può causare artrite, disturbi neurologici e cardiaci. Per diagnosticare la malattia di Lyme si usa un test sierologico. Diagnosi: - Per la sifilide si usano test sierologici RPR e VDRL che si servono di una reazione antigene anticorpo; si usa poi un test di conferma come FTA-ABS; - Per la leptospirosi si usano test sierologici come MAT e ELISA e isolamento del batterio da campione di sangue o urina; - Per la malattia di Lyme la diagnosi si basa su test sierologici in due fasi, ELISA e Western Blot. Trattamento: - Per la sifilide si usa la penicillina G benzatina; - Per la leptospirosi si usa doxiciclina o penicillina; - Per la malattia di Lyme si usa doxiciclina, amoxicillina o cefuroxima axetil. Talvolta sono necessarie terapie di supporto e fluidoterapia. HELICOBACTER L’helycobacter ha una forma spiralata con diversi flagelli che permettono una grande motilità nella mucosa gastrica. Produce gastrite cronica, ulcera peptica e cancro gastrico. Fattori di virulenza: - Flagelli multipli; - Organelli specifici: ureasi che neutralizzano l’acidità gastrica tramite produzione di ammoniaca; - Lipopolisaccaride; - Esotossine e enzimi litici; - Capacità di creare biofilm. Si trasmette per contatto diretto, saliva, vomito, acqua e cibo contaminati e disbiosi per il tratto gastrico (fattore di rischio). Patogenesi: i pazienti che hanno infezioni persistenti hanno gastrite cronica, alcuni sono asintomatici. Questi hanno gastrite cronica e alterazione della mucosa. La sequenza degli eventi è: - Infezione; - Gastrite superficiale; - Gastrite atrofica; - Metaplasia intestinale; - Displasia; - Carcinoma. I sintomi del paziente sono: dolore addominale, bruciore di stomaco, nausea e vomito. 29 Non tratta può portare a sanguinamento, perforazione e ostruzione. L’infezione cronica da Helicobacter pilori è strettamente correlata allo sviluppo di adenocarcinoma gastrico, in quanto il batterio innesca cambiamenti infiammatori che possono evolvere in lesioni precancerose, causa inoltre alterazioni dell’ambiente dello stomaco favorendo la produzione di sostanza cancerogene. Diagnosi: - Esame endoscopico: con prelievo bioptico della mucosa; - Esame colturale; - Esame istologico; - Test del respiro dell’urea: il paziente ingerisce una soluzione con radioisotopi, se presente il batterio l’ureasi batterica rilascia CO2 marcata con il respiro; - Test sierologici; - Test antigenico: HpSA fecale analizza un campione di feci alla ricerca di antigeni specifici del batterio. Terapia: sono terapie di combinazione, triplo o quadruplo. Si parte con lo schema triplo e nel caso di resistenza agli antibiotici si passa allo schema quadruplo: - Schema triplo: Amoxicillina, Claritromicina, inibitore di pompa protonica; - Schema quadruplo: inibitore di pompa, amoxcillina, metrodinazolo e bismuto difosfato. CAMPILOBACTER E’ un batterio emergente che da gastriti soprattutto nei bambini. E’ un Gram – a forma di spirale che possiede flagelli polari che garantiscono capacità di aderire e penetrare. E’ un batterio microaerofilo che riesce a sopravvivere con poso ossigeno. Fattori di rischio: - Carne e pollame contaminati; - Prodotti caseari non pastorizzati; - Contatto con animali infetti o feci; - Acqua contaminata. I sintomi sono brividi e malessere generale, dolore e crampi all’addome e diarrea acquosa. Diagnosi: - Esame colturale: incubazione in microaerofilia con terreni selettivi; - Test sierologici; - Pcr. Terapia: si hanno soprattutto terapie di supporto che limitino la diarrea e garantiscano un normale equilibrio elettrolitico e una corretta idratazione. Nei casi più gravi si usano: - Macrolidi: legano la subunità 50S, impedendo la sintesi batterica. - Fluorochinolonici: inibiscono la girasi e la topoisomerasi, inibendo la replicazione. 30 TETANO Il tetano è una malattia causata dalla neurotossina prodotta dal Clostridium Tetani. Il tetano inizia con rigidità muscolare localizzata presente nella zona della ferita localizzata. Successivamente, la rigidità si estende causando spasmi muscolari dolorosi. Altri sintomi possono includere difficoltà a deglutire (disfagia), difficoltà respiratorie (a causa dei muscoli respiratori), tachicardia, sudorazione e febbre. In casi gravi si può osservare l’opistotono (ipertensione del corpo). Gli esami per diagnosticare il tetano sono l’emocromo completo e le analisi di campioni liquidi o di tessuti prelevati dalla ferita. Il trattamento include la somministrazione di immunoglobuline antitetaniche (per neutralizzare le tossine), antibiotici come la penicillina o il metronidazolo; in casi gravi la ventilazione meccanica e il controllo degli spasmi muscolari attraverso farmaci come il diazepam o il midazolam. CLOSTRIDIOIDES DIFFICILE: Si tratta di un batterio patogeno opportunista che causa infezioni intestinali, soprattutto dopo l’assunzione di antibiotici ad ampio spettro. È l’agente eziologico della colite pseudomembranosa (condizione infiammatoria del colon, caratterizzata da placche bianche/gialle che si uniscono per formare una pseudomembrana). Tale patologia è dovuta ad un’alterazione del microbiota intestinale che normalmente converte gli acidi biliari primari in secondari, bloccando la crescita di cellule vegetative del clostridium. La capacità di tale batterio di produrre tossine è la principale causa di diarrea. Il batterio produce due tossine: - Tossina A: enterotossina - Tossina B: citotossina che produce danni a livello del colon in quanto determina la formazione di pori nella membrana delle cellule del colon, causando ulcere. Entrambe le tossine inducono un aumento della permeabilità dell’epitelio intestinale, apoptosi e necrosi delle cellule dell’ospite. I sintomi sono: diarrea spesso acquosa, crampi addominali, febbre, gonfiore addominale, nausea, vomito e disidratazione; nei casi più gravi si verifica colite pseudomembranosa. Diagnosi: si basa sull’identificazione delle tossine prodotte dal batterio nelle feci. Si effettua un test delle feci per la tossina A e B di questo batterio. Altri test includono l’analisi del materiale fecale per la ricerca del batterio stesso tramite coltura. Trattamento: gli antibiotici più utilizzati sono la vancomicina e il metronidazolo; tuttavia il trattamento con fidaxomicina può essere preferito per ridurre il rischio di recidiva. Un’opzione invasiva potrebbe essere il trapianto di microbiota fecale (FMT): si parte dalle feci di un paziente sano, si trattano con tecniche di laboratorio, si creano bibitoni di materiale fecale che l’endoscopista attraverso colonoscopia, andrà ad immettere nel paziente, con la speranza di ripristinare il normale microbiota intestinale. Oggi, si prova a fare ciò attraverso pillole, ma il problema è che l’acidità dello stomaco impedisce alla pillola di fare effetto nel colon. Ruolo dei Clostridi: i clostridi sono batteri anaerobi, ubiquitari nell’ambiente, capaci di produrre enzimi litici che contribuiscono al riciclo di nutrienti come carbonio, azoto e zolfo. Sono inoltre usati per produrre biocarburanti come etanolo e butanolo, attraverso la fermentazione anaerobica di 31 biomasse. Diverse specie di clostridi producono anche enzimi e metaboliti utili nell’industria farmaceutica, ad esempio la tossina botulinica è usata per trattare disturbi muscolari e cosmetici. I clostridi sono anche fondamentali per lo sviluppo di test diagnostici. BACILLUS I Bacillus sono un genere di battere Gram +, spesso a forma di bastoncino, aerobici o anaerobi facoltativi, appartenenti al phylum Firmicutes, dominio Bacteria, classe dei Bacilli. Questi batteri sono dotati di una straordinaria versatilità e capacità di sopravvivere in condizioni ambientali avverse grazie alla formazione di spore. Molte specie sono mobili grazie a flagelli peritrichi, mentre altre specie sono immobili. I bacilli sono chemiorganoeterotrofi, usando come fonte di carbonio e di energia molti composti organici. Le spore batteriche sono strutture cellulari altamente specializzate, caratterizzate da uno spesso rivestimento esterno e da un nucleo denso che contiene il materiale genetico. Questa struttura permette alle spore di sopravvivere in condizioni ambientali estreme. Quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli alcuni batteri possono entrare in uno stato di latenza e formare le spore. Un tipo di bacillus è quello Subtilis il cui genoma di questo batterio è stato completamente sequenziato. Bacillus Cereus: è un batterio ubiquitario, non è generalmente considerato patogeno ma la sua capacità di formare spore lo rende potenzialmente pericoloso. La patogenicità è attribuita alla produzione di diverse tossine tra cui l’emolisina BL e la fosfolipasi C. Tuttavia, le principali tossine responsabili delle intossicazioni alimentari sono le enterotossine, prodotte durante la crescita del batterio nell’alimento. Queste, sono di due tipi principali: - enterotossina emetica, termostabile e responsabile del vomito; - enterotossina diarroica, termolabile e responsabile della diarrea. Le intossicazioni alimentari si manifestano in due forme distinte: - sindrome emetica: caratterizzata da nausea e vomito inteso, con insorgenza rapida (da 30 minuti a 6 ore dopo l’ingestione); causata dall’ingestione di cereulide, tossina termostabile. - sindrome diarroica: con diarrea acquosa, crampi e dolori con insorgenza più lenta (da 6 a 15 ore dopo l’ingestione); causata da enterotossine diarroiche. La diagnosi prevede: - campionamento e coltura: prelevare campioni da alimenti sospetti e coltivarli su terreni agar selettivi; - osservazione microscopica; - conferma biochimica: serve per identificare bacillus cereus attraverso la produzione di lecitinasi e idrolisi della caseina; - rilevamento di tossine. Bacillus Anthracis: batterio aerobio responsabile del carbonchio, che è una malattia zoonotica. Questa si manifesta in 3 forme principali: cutanea, intestinale e polmonare (forma più grave). La trasmissione avviene tramite contatto con animali infetti, ingestione di carne contaminata o inalazione di spore. La forma più grave è quella polmonare. 32 Bacillus Thuringiensis: questo batterio produce cristalli proteici altamente tossici per numerosi insetti, rendendolo un insetticida naturale. Applicazioni industriali del genere bacillus: - produzione di enzimi: amilasi, proteasi e lipasi; - sintesi di antibiotici: bacitracina, polimixina; - biorisanamento ambientale; *alcuni bacilli sono in grado di rimuovere metalli pesanti dall’ambiente, come cadmio, piombo e rame. CLAMIDIA La clamidia è un batterio intracellulare che da infezioni sessualmente trasmissibili. Si tratta di batteri Gram -, obbligati intracellulari, sferici o ovali. Hanno una parete rigida e 2 forme di sviluppo: forma elementare (infettiva) e forma reticolare (replicativa). Questo batterio all’interno della cellula si comporta come se fosse un parassita, creando vacuoli dove si trovano le 2 forme. Il batterio si avvicina alla cellula e penetra al suo interno; nelle prime 8 ore si crea il corpo elementare all’interno delle vescicole (fase infettiva); successivamente fino alla 36eisma ora avviene la conversione del corpo elementare in reticolato, la replicazione del corpo reticolato e la conversione di questo in elementare; infine tra la 36eisma e la 48esima ora si ha la vera e propria fase infettiva che avviene con il rilascio del batterio fuori dalla cellula. Patogenesi: Dal punto di vista clinico ci interessano 2 forme: clamidia trachomatis e clamidia penumoniae. Il batterio della clamidia Trachomatis stimola l’infiammazione e il rilascio di citochine infiammatorie; usa diversi antigeni tra cui: LPS, MOP (proteina della membrana esterna) e CRP (proteina ricca di cisteina) e le proteine legate allo shock termico. Sulla base della variazione antigenica della proteina MOP abbiamo diversi sierotipi: - A/B, B/A,C: provocano un danno a livello della congiuntiva; - D/K: danno a livello urogenitale; - L1/L2/L2A/L3: danno un linfogranuloma venereo e infezioni granulomatose. Le manifestazioni cliniche principali sono a livello dell’uretra e della cervice. Nell’uomo si presenta dolore pelvico e eiaculazione dolorosa; nella donna si hanno infiammazione a livello delle tube, della cervice e si parla di malattia infiammatoria pelvica; possono esserci anche gravidanze extra-uterine e sterilità. La clamidia pneumoniae è responsabile di infezioni respiratorie come polmonite, bronchite e sinusite. La clamidia ha anche correlazioni con malattie cardiovascolari come arteriosclerosi o alzhaimer. La trasmissione avviene per via sessuale, per trasmissione verticale e attraverso trasmissioni iatrogene (se non sterilizziamo bene gli strumenti). Diagnosi: per la diagnosi si usano la PCR, amplificazione trascrizionale o isotermica, test ELISA o di immunofluorescenza indiretta. 33 Trattamento: prevede l’uso di antibiotici quali l’azitromicina e la toxiciclina oppure eritromicina, levoflaxacina e ofloxacina. La clamidia aumenta il rischio di contrarre altre malattie sessualmente trasmissibili. Si è anche visto che nei pazienti affetti da clamidia si ha un aumento di tumori alla cervice e alla prostata. MICOPLASMI I micoplasmi appartengono al regno dei Bacteria, phylum tenerigutes. Sono batteri unici, privi di parete cellulare (per questo sono detti Mollicutes) e dotati di una membrana cellulare (ricca in steroli) molto sottile che li rende resistenti agli antibiotici. Hanno dimensioni molto piccole e questo li permette di evadere i filtri e inquinare. Il fatto che non abbiano la parete li rende sensibili al calore e al disseccamento e fa si che abbiano una forma coccoide (tipica dell’M.hominis) oppure una forma più allungata (tipica dell’M.pneumoniae). Le specie patogene per l’uomo sono: - M. Pneumoniae: polmonite atipica, bronchite e infezione delle vie respiratorie; - M.Genitalium: uretrite non gonococcica e cervicite; - M.Hominis: vaginosi batteriche e artrite settica; - Ureaplasma urealyticum: infezioni del tratto urogenitale, prematurità e complicanze neonatali; - M.Fermentans: artrite reumatoide e sindrome da fatica cronica. I micoplasmi possono infettare gli animali e dare infezioni iatrogeno. Inoltre possono causare il cancro della prostata, del seno e del polmone. Diagnosi: - Campioni clinici; - Coltura cellulare: richiedi tempi lunghi; - Tecniche molecolari ed esami sierologici; - Esami microbiologici. Trattamento: Terapia antibiotica con macrolidi, tetracicline e fluorochinoloni. LEGIONELLA Anche nota come malattia del legionario porta a polmonite grave e si contrae soprattutto a contatto con acque contaminate. La legionella è un Gram -, aerobio, a forma di bastoncello, mobile, che ha la capacità di sopravvivere negli ambienti idrici anche a temperature elevate. In fase iniziale il paziente si presenta con febbre alta, brividi e tremori, mal di testa severo e tosse persistente e secca che può aggravarsi e portare dolore a livello toracico con difficoltà respiratorie. Diagnosi: - Coltura: si presenta bianca quando cresce; - Test immunologici: test dell’antigene urinario; - Test molecolari sui campioni d’acqua. 34 Terapia: Antibiotici come macrolidi e fluorochinoloni; ossigeno terapia e ventilazione meccanica. ENTEROBACTERIACAE Sono batteri diffusi nel nostro organismo e in alcuni casi possono diventare patogeni. Sono gram -, anaerobi facoltativi, asporigeni, possiedono flagelli e hanno una capsula che li protegge. All’interno dell’intestino tenue sono presenti soprattutto i proteobacteria, mentre nel colon dove arrivano fibre non digerite, predominano i bacteroidetes. Molti di questi sono patogeni opportunisti, che colonizzano il tratto gastrointestinale. La famiglia enterobacteriacae appartiene al regno dei bacteria, filum proteobacteria, classe gamma- proteobacteria e ordine enterobacteriales. Questi batteri hanno anche un ruolo nel riciclo del carbonio e dell’azoto. Inoltre, interagiscono con altri microrganismi, instaurando relazioni simbiotiche. Il microbiota intestinale nell’uomo è composto da firmicutes e bacteroidetes che instaurano relazioni importanti con l’enterobac

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