Meccanismi dell'azione patogena dei batteri

Definizione di patogeno Un microrganismo si definisce patogeno quando è in grado di indurre uno stato morboso nell’ospite.

Patogenicità nei batteri

I fattori di virulenza possono essere divisi in due categorie: Fattori di virulenza che promuovono la colonizzazione batterica sull’ospite. Fattori di virulenza che danneggiano l’ospite.

Fattori di virulenza che promuovono la colonizzazione batterica sull’ospite.

Fattori di virulenza che favoriscono l’adesione alla cellula ospite e resistere alla rimozione fisica

La capacità di invadere l’ospite

Invasività di Salmonella

Invasione delle cellule epiteliali del colon da Shigella

Capacità di raggiungere l’ospite Le Spirochete sono in grado di penetrare attraverso le mucose, le abrasioni della pelle nell’organismo, raggiungendo gli strati profondi dei tessuti entrando nel circolo ematico e linfatico.

Resistere alle difese immunitarie naturali come la fagocitosi e l’attivazione del complemento.

Capacità di resistere all’attacco e all’ingestione dei fagociti

Capacità di resistere alla distruzione da parte dei fagociti e alla lisi del siero

Evadere le difese immunitarie indotte

Capacità di competere con il ferro Il ferro è essenziale per la crescita batterica Alcuni batteri producono oltre ai loro siderofori, recettori per siderofori in grado di legare la transferrina umana, la ferritina, e l’emina

Fattori di virulenza che danneggiano l’ospite

1. La capacità delle componenti parietali a legarsi alla cellula ospite provocando la sintesi e la secrezione di sostanze infiammatorie come citochine e chemiochine. 2. La capacità di produrre esotossine. 3. La capacità di indurre una risposta autoimmune.

Effetto dannoso dell’LPS rilasciato in seguito alla lisi dei batteri Gram-negativi

Shock settico

La capacità di produrre di esotossine

Le esotossine veleni di natura proteica generalmente secrete dai batteri vivi. Ci sono tre tipi principali di tossine: Superantigeni (tossine di tipo I) Esotossine che danneggiano le membrane della cellula ospite (tossine di tipo II). 3. Tossine che interferiscono con le funzioni della cellula ospite (tossine tipo III)

Superantigeni (tossine tipo I) Tossine monomeriche, formate da peptidi non glicosilati

Superantigeni esempi Tossina-1 da sindrome da shock tossico (TSST-1) prodotta da Staphylococcus aureus. L’esotossina provoca la sindrome da shock tossico (TSS). Esotossina streptococcica pirogena (Spe) prodotta da Streptococcus pyogenes (gruppo A). Questa tossina causa una sindrome simile a quella da shock tossico (TSLS). Enterotossina stafilococcica (SE) prodotta da Staphylococcus aureus. Questo esotossina provoca l'avvelenamento dei cibi. Eccessiva produzione di IL2 provoca nausea, vomito, diarrea. Tossina stabile al calore prodotta da Escherichia coli (ETEC) enterotossico, si lega alle cellule epiteliali dell’intestino stimolando una superproduzione cAMP.

Esotossine che danneggiano le membrane della cellula ospite (tossine di tipo II).

Esotossine che danneggiano le membrane cellulari dell’ospite (tipo II) Esotossine del Clostridium perfrigens: Tossina alfa (lecitinasi) aumenta la permeabilità dei capillari e delle cellule muscolari rompendo la lecitina presente nelle membrane cellulari, causando un edema. Tossina K (collagenasi) rompe il tessuto connettivo causando delle elsioni. Tossina mu (ialuronidasi) rompe il cemento dei tessuti che mantiene insieme le cellule. Esotossine dello Streptococcus pyogenes. Leucocidina causa la lisi dei leucociti Esotossina B è una proteasi che distrugge il muscolo o la guaina che ricopre il muscolo Emolisine, proteasi, DNAsi e streptochinasi enzimi idrolitici che distruggono i globuli rossi, le proteine cellulari, il DNA e la fibrina. I tessuti danneggiati da questi enzimi causano infiammazione.

Tossine che interferiscono con le funzioni della cellula ospite (tossine tipo III)

Componenti della tossina

Ingresso della esotossina Endocitosi Passaggio diretto

ADP-ribosilazione

Esempi di esotossine di tipo III Esotossina difterica prodotta dal Corynebacterium diphtheriae. Questa proteina interferisce con la sintesi proteica della cellula ospite bloccando la formazione delle proteine. Cellule che hanno il recettore per questa esotossina sono il cuore, il tessuto nervoso e i reni. Esotossina colerica prodotta da Vibrio cholerae. Blocca la sintesi di una molecole regolatrice, AMP ciclico. In questo caso c’è un’eccessiva produzione di cAMP blocca le cellule dell’epitelio intestinale accumulando il sodio del lume intestinale e stimolando la secrezione cloro, acqua ed altri elettroliti, causando perdita di fluidi, diarrea e disidratazione.

Tossina difterica

Tossina difterica – Corynebacterium diphtheriae Figure: 21-18a Caption: The action of diphtheria toxin from Corynebacterium diphtheriae. (a) Elongation factor 2 (EF-2) normally binds to the ribosome and brings an amino acid-charged t-RNA to the ribosome, causing protein elongation.

Tossina colerica

TOSSINA COLERICA Figure: 21-21a Caption: Action of cholera enterotoxin. (1) The normal process of ion movement in the intestine and colonization of the epithelium by Vibrio cholerae followed by binding of the enterotoxin by specific interaction with the GM1 ganglioside on host cells. (2) The A-B toxin acts by internalizing the toxic A component and activating adenyl cyclase.

TOSSINA COLERICA Figure: 21-21b Caption: Action of cholera enterotoxin. (3) leading to disruption of normal sodium influx, (4) loss of into the lumen, and diarrhea. Treatment for cholera is by ion replacement and rehydration therapy. Antibiotic treatment may shorten the course of the disease by limiting V. cholerae growth, but has no effect on toxin that has already been produced.

Altri esempi di tossine Esotossina pertossica prodotta da Bordetella pertussis. Bloccando la sintesi dell’cAMP provoca un aumento delle secrezioni respiratorie mucose, provocando la tosse. Tossina di Shiga prodotta da Shigella e E.coli enteroemorragico bloccando la sintesi proteica, stimola inoltre la produzione di citochine come IL-1 e TNF-. Tossina dell’antrace prodotta da Bacillus anthracis. In questo caso ci sono 2 esotossine con due differenti componenti A conosciute come Fattore letale(LF) e Fattore edema (EF) la componente B è comune alla due tossine ed è conosciuto come antigene protettivo(PA).

Rilascio di acetilcolina e contrazione muscolare

Inibizione dell’acetilcolina e rilascio della contrazione muscolare

CLOSTRIDIUM BOTULINUM TOSSINE Produce diverse tossine, quella che si ritrova negli alimenti non correttamente conservati ha un P.M. tra 140.000 e 150.000 La sua azione è l’inibizione del rilascio di acetilcolina alle giunzioni neuromuscolari con un meccanismo a tre stadi: LEGAME AL RECETTORE SULLA SUPERFICIE DEL NERVO TRASLOCAZIONE INTRACELLULARE DELLA TOSSINA BLOCCO DEL RILASCIO DELL’ACETILCOLINA = PARALISI FLACCIDA L’azione della tossina botulinica piò essere prevenuta con sieri specifici ma non può essere revertata.

Tossina botulinica

CLOSTRIDIUM TETANI TOSSINE Produce due tossine Neurotossina spasmogena o Tossina tetanica: costituita da due sub unità (100.000+50.000 Da) La subunità maggiore si lega alla membrana cellulare La subunità minore presenta l’attività tossica Inibisce il rilascio della glicina nei nervi inibitori del tratto spinale causando una paralisi spastica 2. Emolisina ossigeno sensibile o tetanolisina correlata con la streptolisina l’attività è inibita dal colesterolo.

Tossina tetanica

Proprietà delle esotossine e delle endotossine Proprietà chimiche Proteine secrete dai batteri Gram-positivi o Gram-negativi, generalmente sensibili al calore. Complessi lipopolisaccaridici/lipoproteici rilasciati in seguito a lisi della cellula come componenti della membrana esterna dei batteri Gram-negativi, estremamente termostabili. Modalità d’azione e sintomatologia Specifica, generalmente si legano a specifiche strutture o recettori cellulari, citotossine enterotossine o neurotossine ad azione specifica su cellule o tessuti. Aspecifica, generale, febbre, diarrea, vomito Tossicità Spesso molto tossiche, alcune volte fatali Scarsamente tossiche, raramente fatali. Immunogenicità Altamente immunogeniche, stimolano la produzione di anticorpi neutralizzanti. Poco immunogeniche, la risposta immunitaria non è sufficiente a neutralizzare le tossine. Potenzialità del tossoide Attività piretica Il trattamento della tossina con formaldeide elimina la tossicità, ma resta immunogenica. Non inducono febbre nell’ospite Nessuna Inducono febbre nell’ospite

La capacità di indurre una risposta autoimmune.

Induzione della risposta autoimmune Si definisce autoimmunità quando le difese immunitarie dell’organismo per errore attaccano l’organismo stesso. Alcuni batteri possono innescare questa risposta. Streptococcus pyogenes può provocare la febbre reumatica o glomerulonefrite acuta. Borrelia bergdorferi è coinvolta nella malattia del Lime. Treponema pallidum causa la sifilide terziaria.

Ipersensibilità di tipo II

Ipersensibilità di tipo II NK

MAC -Ipersensibilità di tipo II

Infiammazione dei tessuti- ipersensibilità di tipo III

Fattori di virulenza Risposta dell’ospite