Batteriologia Speciale (Lezione 12 - 17/10/2024) PDF

Lezione 12, 17/10/2024 BATTERIOLOGIA SPECIALE La Professoressa dice che oggi è in sostituzione della professoressa Rizzo e riprendiamo la parte di batteriologia speciale. Pseudomonas Cominciamo dalla famiglia di batteri Pseudomonas, di cui abbiamo già parlato quando...

Lezione 12, 17/10/2024 BATTERIOLOGIA SPECIALE La Professoressa dice che oggi è in sostituzione della professoressa Rizzo e riprendiamo la parte di batteriologia speciale. Pseudomonas Cominciamo dalla famiglia di batteri Pseudomonas, di cui abbiamo già parlato quando abbiamo trattato del biofilm. Pseudomonas è un batterio gram negativo ed un saprofita ambientale, cioè un eterotrofo, che si nutre di materiale biologico in decomposizione. Questi batteri sono opportunisti, ossia possono dare patologia oppure no. Non è detto che ogni volta che entriamo in contatto con il batterio ci ammaliamo, ma in determinate condizioni è possibile: quando il paziente è debilitato o è affetto da fibrosi cistica, questi già iper producono muco polmonare ed è difficile andare ad eradicare l'infezione perché l’antibiotico e il sistema immunitario difficilmente raggiungono il batterio. Inoltre, questi batteri riescono ad acquisire facilmente resistenze agli antibiotici. Il più studiato è lo pseudomonas aeruginosa, che è in grado di dare patologie non solo polmonari, ma anche a livello di ferite cutanee, ad esempio ai pazienti gravemente ustionati. In questi soggetti l’infezione deriva o dalla compromissione della cute, che non ha più la sua funzione di difesa esterna (barriera), o se il bendaggio non è sterile; poiché quest’ultimo, insieme alla medicazione, crea un ambiente umido consono alla proliferazione batterica. Per cui si stanno progettando bendaggi il più possibile sterili per evitare il progredire di pseudomonas aeruginosa. Abbiamo inoltre le infezioni urinarie: il biofilm (che si può formare sia su tessuti biotici, che abiotici) può infettare un catetere, e l'infezione risalire le vie urinarie. Alcune cose erano già state dette nelle lezioni precedenti: la struttura del biofilm e come dia resistenza agli antibiotici, la sua matrice polisaccaridica; e la professoressa non è stata a riprendere. Patogeni dell’apparato gastroenterico Incominciamo a trattare una famiglia di patogeni che causano patologie a carico dell'apparato gastroenterico. In particolare verranno trattati: La grande famiglia degli enterobatteri, come: Escherichia Coli, che è un normale commensale. Diventa patogeno solo quando acquisisce caratteristiche di virulenza; Salmonella, collegata a pollo e uova; Shigella e Yersinia che sono sempre associate a patologie se presenti nell’uomo; Campylobacter, in particolare il Jejuni. Ci sono pure dei Gram positivi, perché finora sono stati elencati solo Gram negativi: Clostridium perfringens; Clostridium difficile; 1  Bacillus anthracis; Bacillus cereus. Vedremo anche il Vibrio Cholerae, il patogeno associato al colera e Helicobacter Pylori, per cui si fa il test in caso di reflusso esofageo ed ulcera gastrica. Essendo delle infezioni a tratto dell'intestino e dello stomaco, sono veicolate dall’assunzione di cibo o di acque contaminate, che a seconda del meccanismo patogenetico si dividono in tre tipologie: Infezione alimentare: la patologia si esplica se si mangia un cibo contaminato da batteri, che arrivano all’intestino e si replicano. La replicazione crea un danno all’intestino, e da questo derivano i sintomi. Il periodo di incubazione è lungo perché abbiamo l’ingestione, la discesa fino all’intestino dove, una volta arrivato, il batterio deve rispettare le varie fasi di patogenicità (aderire, moltiplicarsi, invadere). Inoltre l’infezione si accompagna a febbre perché gli enterobatteri sono quasi tutti Gram negativi e quando muoiono rilasciano LPS, che è pirogeno. Intossicazione alimentare: ha una sintomatologia dovuta alla presenza di tossine, quindi non è necessario che ci sia il batterio nel cibo che viene ingerito. In questo caso saranno esotossine, nello specifico enterotossine. La tossina, in questo caso, è già pronta ad agire, quindi il periodo di incubazione sarà più breve. Di solito non c'è febbre perché non viene rilasciato LPS. Tossinfezione: è un'unione delle prime due, la sintomatologia è dovuta alla contemporanea presenza di tossine e moltiplicazione del patogeno nell’intestino. Per questo motivo si identificano due fasi, una precoce dovuta alle tossine e una tardiva data dalla moltiplicazione dei patogeni. Tutti sono accomunati da sintomi gastroenterici: vomito, nausea (se è più gastrico); diarrea o dissenteria (se è enterico). Enterobatteri Sono Gram negativi e quindi asporigeni. Hanno delle caratteristiche comuni, come quelle di fermentare il glucosio, tranne un sierotipo particolare di Shigella; è importante perché si può utilizzare questa caratteristica biochimica a livello diagnostico. Per la maggior parte sono ubiquitari, fanno già parte della nostra flora microbica e possono dare patologia quando acquisiscono l'abilità di essere patogeni. Un esempio è Coli Proteus che quando acquisisce una capacità patogena causa malattia, è quindi opportunista. I batteri che vivono con noi ci danno malattia se acquisiscono la capacità patogene o se cambiano locazione (tipo escherichia coli nella vescica dà la cistite). Alcuni batteri, invece, non li dobbiamo avere e quindi quando entrano in contatto con noi danno malattia: sono la Salmonella Typhi, la Yersinia Pestis e Shigella. Per cui ricordiamo che tra gli enterobatteri ci sono specie commensali, che danno patologie solo se diventano virulenti, sono quindi infezioni endogene; oppure batteri esterni con cui entriamo in contatto e causano patologie. 2 Gli enterobatteri, non danno solo problemi intestinali, ma anche infezioni sistemiche, se arrivano nel torrente circolatorio e raggiungono altri siti corporei. Questo lo fa il tifo: è una patologia sistemica che parte dall’intestino ma poi arriva anche ad altri organi, come il fegato. Poi abbiamo le infezioni classiche, che sono solamente intestinali; si dividono in due tipologie a seconda che il batterio sia invasivo o no sulla mucosa intestinale. Quando non invade la mucosa all'esame bioptico non vediamo nessuna lesione, la compattezza non viene alterata (su infiammazione). Se invece siamo davanti a enterobatteri invasivi abbiamo una compromissione della struttura e funzionalità della mucosa, perché gli enterociti vengono distrutti. Oltre a questo abbiamo le infezioni extraintestinali, un esempio è Escherichia coli quando entra nella vescica, a causa della vicinanza delle aree urinaria-intestinale, ma non provoca un'infezione sistemica. Escherichia Coli Escherichia coli è un bacillo Gram negativo, è un normale commensale della nostra microflora gastro-intestinale ed è in grado di dare patologie solo quando diventa patogeno. Esistono 5 ceppi patogeni, che sono caratterizzati da fattori di virulenza come: Le adesine, che gli permettono di attaccarsi alla mucosa intestinale, così invaderla, proliferare e creare danno; La produzione di tossine, che acquisiscono con gli scambi genetici. I ceppi da ricordare sono 5, in ognuno la seconda lettera è colorata perché è la chiave per capire chi è e cosa fa: ETEC è enterotossico o enterotossigeno. Produce tossine e causa diarrea acquosa; EPEC è enteropatogeno, è molto grave nei bambini; EHEC è enteroemorragico, causa diarrea emorragica; EIEC è enteroinvasivo, quindi andrà ad invadere le mucose; EAEC è enteroaggregante, causerà la formazione di aggregati. L'Enteropatogeno è molto grave nei bambini, soprattutto a livello dell'intestino tenue, dove ci sono i villi per l’assorbimento. In linea generale tutte le patologie a carico enterico vanno ad alterare lo scambio 3 elettrolitico: la diarrea è la conseguenza di uno scorretto assorbimento dei liquidi, il che porta a disidratazione. L’assunzione avviene tramite acqua contaminata da feci, per cui si tratta di trasmissione oro-fecale. È necessario prima dell'antibiotico, attuare una terapia di reidratazione. L'Enterotossico dà la diarrea del viaggiatore, quando si va in viaggio in zone più retrograde, urbanisticamente parlando. Ne è la causa sempre l’assunzione di cibo o acqua contaminati. La diarrea è dovuta alla produzione di due tossine: LT (termolabile) e ST (termostabile). Le tossine sono codificate da plasmidi, quindi vengono acquisite da scambi genetici e vanno a influenzare gli scambi elettrolitici, danneggiando la mucosa intestinale. Gli Enteroaggreganti esprimono adesine, le quali consentono al batterio di attaccarsi bene alla mucosa. In più, producono una tossina termostabile, sempre codificata da plasmidi, che crea degli aggregati a livello della mucosa, e causa malassorbimento. Gli Enteroinvasivi sono molto patogeni perché hanno dei fattori di invasività come l'emolisina, che lisa i globuli rossi. Inoltre sono in grado di esprimere delle adesine e anche delle tossine, tutti fattori di patogenicità, che gli permettono, non solo di alterare l'equilibrio elettrolitico, ma anche di creare delle ulcerazioni nel tessuto enterico. È molto presente nei paesi in via di sviluppo, a causa delle scarse condizioni igieniche. Le norme igieniche e della produzione alimentare infatti vietano la somministrazione di alimenti con un certo numero di enterobatteri. L'Enteroemorragico, in particolare il sierotipo O157:H7, è super infettante anche a bassa concentrazione di cellule batteriche (bastano 10 cellule). Inoltre ha delle sequele che vanno a livello più vasto, coinvolgendo i reni: la sindrome uremica emolitica è data dalla rottura dei globuli rossi che vanno ad intasare i reni nella loro funzionalità. Per fare la diagnosi si osserva se produce la tossina Shiga, che va distruggere la funzionalità della mucosa causando diarrea emorragica, e se produce dei fattori litici che bloccano la funzionalità renale. Un altro metodo diagnostico è la fermentazione del sorbitolo (uno zucchero) su terreni selettivi particolari: il sierotipo O157:H7 non fermentandolo rimane incolore, a differenza degli altri sierotipi. Gli enterobatteri non ci danno solo patologie a livello enterico, ma anche sistemico, come la setticemia. Inoltre possono essere associati a meningite neonatale. Quando una donna partorisce, il bambino deve attraversare il canale del parto, che è vicino al tratto urinario e fecale della madre, ed è possibile che ci siano delle contaminazioni. I neonati non presentano un sistema immunitario del tutto funzionante: il patogeno entra a livello orale-nasale e se raggiunge il cervello può portare a meningite. Il batterio può essere anche inalato dall’acqua nebulizzata, la conseguenza è un’infezione respiratoria, tipo la polmonite. Shigella 4 Shigella è un enterobatterio che non deve essere presente nel nostro organismo, perché è patogeno in tutti i casi. Produce la tossina Shiga, citolitica, scoperta ed identificata in questo batterio; è simile alla tossina prodotta da E. Coli enteroemorragico. Shigella è un Gram negativo che dà dissenteria bacillare. Quando ingeriamo acqua o cibi contaminati, dopo un'incubazione di poche ore (1-2 ore), arriva nell’intestino e aderisce alla mucosa. Si replica e trapassa la mucosa andando a sfuggire alla fagocitosi. Non solo produce la tossina che dà squilibri idrici, ma resistendo alla fagoticosi, data dai macrofagi intestinali, è difficile eliminarla in modo naturale. Per fare la diagnosi ci sono dei terreni particolari come agar S-S (shigella -Salmonella) che viene fatta su prelievi di feci, come primo screening (abbiamo delle lezioni con la prof Gentili solo di laboratorio dove vengono spiegate le varie tecniche. Ci sono altre metodologie che verranno trattate in seguito come la ricerca degli antigeni del batterio con la PCR). È un patogeno umano perché l'uomo è l'unico serbatoio da cui poi si può propagare l’infezione (trasmissione interumana). Domanda: si può diffondere ad altri distretti corporei? Risposta: Se non viene curata, i danni alla mucosa aumentano e dato che i villi sono ricche di vasi, si può andare in setticemia. Salmonella La Salmonella è patogeno, non è un normale commensale umano. Non fermenta il lattosio e ne esistono tantissimi ceppi. Può essere contratta dopo il consumo di pollo crudo o dopo aver lavato l’uovo, dato che il guscio è poroso e lavandolo quello che è all’esterno passa all'interno. È una delle cause più frequenti di infezioni alimentari nel mondo. La forma più semplice è localizzata ed è la normale gastroenterite. Una particolare categoria di persone, affette da gastroenteriti da salmonella, hanno acloridria. Queste persone producono poco HCL, quindi i succhi gastrici sono poco acidi e riescono a combattere meno l'infezione. La parte più aggressiva è la febbre tifoide (o tifo addominale), veicolata dalla salmonella typhi (esistono vari tipi di salmonella), che può portare addirittura alla morte. La salmonella typhi è un patogeno esclusivamente 5 umano. Può persistere a lungo perché si nasconde nella colecisti e poi viene rilasciata nell'intestino. Abbiamo così delle feci contaminate che possono infettare un altro uomo. Come per Escherichia coli è molto patogena in quanto è attiva a basse concentrazioni. La diagnosi avviene sempre con l'agar S-S. In caso di tifo addominale si fanno due tipi di esami: la prima settimana sull’emocoltura e poi sulla coprocoltura (esame delle feci), seguendo le diverse fasi della malattia e la batteriemia transitoria. Quando viene ingerita arriva nell'intestino, invade la sottomucosa, passa a livello ematico nella prima settimana (per questo viene eseguito l'esame del sangue), segue nella zona del fegato e stomaco e dà una febbre oltre i 40°. Successivamente il fegato produce la bile che viene rilasciata nell'intestino, le feci si contaminano e vanno ad infiammare e ulcerare le placche di Pleyer (coinvolte nella difesa dell’intestino). La situazione si complica e il paziente diventa infettante; così il ciclo continua. Yersinia Yersinia è una famiglia di Gram negativi, che presenta tre specie nell'uomo, una di queste è Yersinia pestis, il patogeno della peste. La peste viene veicolata dal morso delle pulci, queste prima mordono un ratto, si infettano e poi infettano l'uomo. Yersinia è intelligente perché esprime dei fattori di virulenza diversi in base alla temperatura dell’ambiente: nella pulce 25° e nei 37° dell’uomo. Nella pulce esprime fibrinasi e coagulasi che stimolano il rigurgito della pulce (la pulce morde e poi rigurgita); in questo modo abbiamo la lesione della cute e il batterio, libero nel rigurgito, entra. A 37° ha fattori di virulenza diversi: esprime la capsula che la protegge dalla fagocitosi e delle proteine per eludere il sistema immunitario. In particolare le proteine YOPs, che si trovano sulla membrana esterna. YOPs hanno funzione citolitica, proteggono da apoptosi e dalle citochine (agenti solubili rilasciati dal sistema immunitario per mediare le infiammazioni). Si riesce a fare la diagnosi grazie a terreni di coltura arricchiti con colorazione come la Giemsa o l'IFA (immunofluorescenza), con cui degli antigeni specifici di superficie, come YOPs, conferiscono fluorescenza. Essendo originaria dai ratti viene considerata zoonosi. Campylobacter Sempre stando nei Gram -, abbiamo il Campylobacter, che ha una forma ad “S”. Il Campylobacter ha una caratteristica della membrana esterna che gli fa possedere un LPS modificato: LOS (lipolisaccaride). LOS è altamente immunologico, ovvero causa una forte infiammazione, creando danni ai tessuti. Non fermenta nessuno zucchero ed è microaerofilo, quindi ha bisogno solo del 5% di ossigeno per stare bene. Ce ne sono varie specie, la più importante è la Jejuni, ne esiste anche uno Coli che risiede, appunto, nel colon. Jejuni è legato a una forma di dissenteria e si presenta soprattutto nei paesi industrializzati; è piuttosto aggressivo perché basta una bassa carica infettante per avere la patologia. Ha delle sequele estremamente serie, che non colpiscono solo la zona enterica, ma anche a livello di articolazioni con artrite reattiva e sui nervi periferici, con sindrome di Guillain Barre. Il meccanismo di patogenicità si basa sull'azione di due tossine: CDT e 6 un'enterotossina, simile a quella colerica, che dà un forte disequilibrio elettrolitico dato da un iperstimolazione dell’adenilato ciclasi. È anche in grado di esprimere la capsula, che lo protegge dalla fagocitosi, e i LOS hanno una grande variabilità genetica, che gli garantisce di attuare un'azione di mimetismo. Per fare la diagnosi si svolge un esame su materiale fecale e abbiamo sempre terreni selettivi come agar sangue a microaerofilia a 42°. Vibrio cholerae Il Vibrio cholerae ha una forma incurvata. È l’agente patogeno del colera e causa una diarrea ad acqua di riso, in cui le feci sono molto frammentate e non è una semplice perdita di liquidi. La diarrea è dovuta all'azione della tossina che crea uno squilibrio elettrolitico così forte da perdere 1L di acqua all'ora (fino a 20 L di acqua al giorno). La prima terapia è la reidratazione. È la diarrea con più perdita di liquidi e provoca anche il collasso del sistema cardio-circolatorio, alterando la volemia. Il batterio è trasmesso con l'acqua infetta e resiste benissimo anche all'acqua di mare, che è salata (abbiamo visto con la Rizzo come i batteri alofili riescono a vivere anche ad alta concentrazione di sale); questo implica che anche i molluschi possono essere veicoli del batterio. In più, Vibrio cholerae è labile al pH dello stomaco, ma un elevato numero di batteri fa sì che qualcuno possa sopravvivere. Ci sono molti vaccini, ma sono poco efficienti, perché non stimolano la memoria immunologica. Oltre al vibrione del colera ne esistono tanti altri, che vengono divisi in gruppi sierologici in base all’antigene O. Ci sono dei sierotipi particolari come 01, che riesce a sopravvivere a lungo tempo in acqua. La tossina colerica è un pentamero con 5 subunità β legate ad una subunità ɑ; quest’ultima è la porzione attiva della tossina. Il batterio rilascia l’esotossina, che va a legare dei recettori gangliosidici (GM1) espressi dagli enterociti. Dopo essersi legata, la tossina viene internalizzata dall’enterocita e le subunità β liberano quella ɑ, che si suddivide in due sotto-unità 1 e 2 che agiscono sull'adenilato ciclasi e la inducono a produrre AMP ciclico. cAMP è un secondo messaggio cellulare che scombina tutte le pompe sodio-potassio e del cloro, quindi anche tutti gli scambi elettrolitici tra interno ed esterno della cellula. Il meccanismo della tossina colerica assomiglia al meccanismo delle tossine enteriche, che vanno tutte ad agire sull’adenilato ciclasi. La problematica del colera ci sembra molto lontana, ma non lo è: nei paesi in via di sviluppo è ancora causa di morte. È così importante che sia la WHO e la CDC danno delle linee guide su come gestire la malattia e come riconoscerla quando si va in viaggio. Clostridi e bacilli Clostridi e bacilli sono Gram positivi e sporigeni. 7 Clostridium difficile Il Clostridium Difficile provoca enterocoliti e, in particolare dopo una terapia antibiotica continuativa (soprattutto nei pazienti ospedalizzati), causa delle coliti pseudomembranose. Dalla biopsia intestinale si vede un accumulo di linfociti e batteri morti al di sopra della mucosa. Il clostridium difficile produce due tossine: un’enterotossina, che dà squilibrio elettrolitico e una citolisina, che porta alla formazione delle pseudomembrane, richiamando i linfociti nel sito dell’infezione. Sembra una membrana perché si vedono i nuclei delle cellule, ma in realtà sono i nuclei dei linfociti morti. Essendo un batterio in grado di creare spore, anche solo queste ultime possono veicolare la malattia. Riguarda soprattutto i pazienti ospedalizzati perché il clostridium difficile può essere presente a basse concentrazioni nella flora intestinale, ma a seguito di terapia, debella il restante microbiota intestinale e il clostridium può proliferare. Allo stesso tempo producendo le tossine il paziente si può reinfettare o contagiare un altro individuo, sempre per trasmissione oro-fecale data da una scarsa igiene. Clostridium perfrigerens Il Clostridium Perfrigens produce una enterotossina termolabile, che causa una diarrea acquosa con una incubazione breve di circa 1 giorno. Siccome è la tossina che dà la manifestazione maggiore, la cottura la distrugge, anche i 70° possono essere sufficienti; ovviamente se ci sono le spore, queste resistono alla cottura. Per vedere se c’è un’infezione, oltre alla colorazione di Gram, si può fare una semina su agar sangue, perché il perfringens ha una zona di doppia emolisi, una più consistente dove è presente la colonia e un'altra meno intensa. È prevalentemente un'intossicazione alimentare. Bacillus Cereus Il Bacillus Cereus è un patogeno opportunista che produce due tossine, associate a due manifestazioni cliniche differenti: la termostabile è associata alla forma emetica, al vomito; mentre quella termolabile dà forma diarroica, quindi arriva fino all’intestino. Entrambe agiscono sull'adenilato ciclasi. Anche questa è assunta da una intossicazione di tipo alimentare, ed è anche sporigena. Le spore possono essere presenti sugli alimenti che ingeriamo e non vengono eliminate con la sola cottura. Helicobacter pylori 8 Helicobacter pylori è un Gram negativo specifico per l'uomo. Dà patologia a livello gastrico perché ha la capacità di produrre un enzima: l'ureasi che scinde l'urea. L’urea scissa rende più basico il pH dello stomaco e contrasta l'azione acida dei succhi gastrici, così il batterio può sopravvivere. Inoltre va a produrre tossine, in particolare: VAC-A e CAG-A, codificate da plasmidi, che lo rendono patogeno. Queste due tossine vanno a mediare il danno alla mucosa e la resistenza alla fagocitosi. Il fatto che le infezioni alterino il pH dello stomaco e che le tossine modifichino la compattezza della mucosa e causino infiammazione crea un danno continuo. La mucosa cerca di ripararsi, questo in prima istanza porta a ulcerazione, che può evolvere in adenocarcinoma perché il tessuto viene continuamente rotto e rifatto ed aumenta la probabilità di insorgenza di cellule tumorali. La comparsa dei sintomi avviene quando è già presente ulcerazione. Esistono dei test diagnostici, alcuni invasivi come la biopsia, seguita da analisi del tessuto, colorazione di Gram e ricerca del batterio. Il meno invasivo è il breath test, in cui il paziente viene fatto soffiare dentro un tubo dopo aver assunto una piccola dose di urea marcata; perché il batterio esprime l’ureasi. Se è presente il batterio, la CO2 sarà marcata e tanta più CO2 marcata è presente, tanto sarà più sviluppata l'infezione. 9