Rapporto microorganismi organismi pluricellulari

Tossine batteriche

ESOTOSSINE BATTERICHE Proteine che danneggiano direttamente il tessuto o alterano il metabolismo della cellula bersaglio o innescano attività biologiche distruttive; Secrete o rilasciate a seguito lisi cellulare; Prodotte da Gram+ e Gram-; Talora responsabili uniche malattia; Veleni più potenti conosciuti; Generalmente enzimi.

Rapporto crescita batterica PRODUZIONE ESOTOSSINE Non sono indispensabili per la crescita batterica Essenziali per sopravvivenza e diffusione in particolari circostanze Rapporto crescita batterica Contatto dipendente Sporulazione Continua Fase stazionaria

SEDE CODIFICANTE GENICO ESOTOSSINE Categoria Microrganismo Tossina Cromosoma batterico Bordetella pertussis Pseudomona aeruginosa Shigella dysenteriae Staphylococcus aureus Pertosse Esotossina A Neurotossina Enterotossina A Tossina A esfoliativa Plasmidi Bacillus anthracis Clostridium tetani Escherichia coli Antrace Tetanospasmina Tossina labile calore Tossina B esfoliativa Batteriofagi Clostridium botulinum C. diphteriae Vibrio cholerae Tossina botulinica Tossina difterica Verotossina Tossina colera

BERSAGLI ESOTOSSINE  Matrice extracellulare  Strutture cellulari

TOSSINE E MATRICE EXTRACELLULARE 1. Ialuronidasi (Staphylococcus aureus) 2. DNasi 3. Streptochinasi 4. Collagenasi (Clostridium perfringens) 5. Elastasi 6. Coagulasi

TOSSINE CON BERSAGLIO CELLULARE 3. Tossine con target intracellulare 2. Tossine che danneggiano la membrana cellulare 1. Tossine che agiscono sulla superficie cellulare 4. Tossine inoculate direttamente nella cellula

1. TOSSINE E SUPERFICIE CELLULARE: Superantigeni Proteine in grado di legarsi contemporaneamente all’MHCII ed alla porzione variabile del TCR Ciò causa un’attivazione delle cellule T in assenza dell’antigene specifico Tossina della sindrome da shock tossico (S. aureus) tossina eritrogenica (S. pyogenes)

Superantigeni

2. Tossine che danneggiano le membrane Proteasi Fosfolipasi, Lecitinasi (a toxin C.perfrigens, b di St. aureus) Tossine con attività datergente-simile Lecitina Lecitinasi H2O Ca++ Digliceride + Fosforilcolina

 Spesso indicate come emolisine Proteine amfipatiche D. Formanti-pori  Spesso indicate come emolisine Proteine amfipatiche Legano colesterolo membrana citoplasmatica in maniera non saturabile Perturbano funzione membrana cellulare Rilascio citochine, attivazione proteasi intracellulari, apoptosi, morte cellulare streptolysin O of Streptococcus pyogenes listeriolysin of Listeria monocytogenes alpha-toxin of S. aureus

Meccanismo d’azione delle tossine che formano pori nelle membrane cellulari

Emolisine: causano lisi eritrociti Streptococchi Alfa emolitici: lisi eritrocitaria incompleta Beta emolitici: lisi eritrocitaria completa Ganma emolitici: no lisi eritrocitaria

3. TOSSINE CON TARGET INTRACELLULARE: organizzazione molecolare

Esempi di Tossine AB

Meccanismo d’azione tossine con bersaglio intracellulare  Legame recettore  Internalizzazione  Modificazione target intracellulare

Tossine tipo III Strutture tipo A-B Varietà di meccanismi con cui operano

Legame recettore 1. Tutte le tossine con target intracellulare legano con alta specificità recettore sulla membrana cellulare; 2. Recettore è un glico-lipide o glico-proteina.

Internalizzazione A A B B TOSSINA DIFTERICA E BOTULINICA A ENDOSOMA APPARATO DI GOLGI TOSSINA SHIGA E COLERICA RETICOLO ENDOPLASMATICO B NUCLEO

Modificazione target citoplasmatico  Nel citoplasma la porzione attiva della tossina catalizza una specifica reazione enzimatica modificando selettivi substrati;  Quattro attività enzimatiche sono state riconosciute in questa classe di tossine: * ADP-ribosilazione * Adenilato ciclasica * Adenina glicoidrolisi * Zn-endopeptidasi

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE: Tossina colerica

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE: Tossina difterica: tox gene Esistono ceppi tossigenici e nontossigenici di C. diphtheriae. Il gene tox che codifica per DT è veicolato da una famiglia di corynebacteriophagi Ceppi tossigenici di C.diphtheriae sono lisogenizzati da questi fagi.

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE: Tossina difterica: struttura/funzione

Tossina difterica: legame al recettore: Il dominio R, che è parte della catena B, si lega al recettore specifico sulla cellula bersaglio. Questo recettore è il precursore del fattore di crescita epidermico legante l’eparina (HB-EGF).

Tossina difterica: endocitosi e traslocazione Endocitosi del complesso recettore-tossina. Il pH acidico dell’endosoma promuove un cambio conformazionale (T-dominio) che inserisce la tossina nella membrana della vescicola. La catena A è traslocata nel citoplasma. La riduzione del ponte disolfuro rilascia la catena A nel citoplasma.

Tossina difterica: attività enzimatica

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADENIL-CICLASICA INTRINSECA * B. pertussis, B. parapertussis, B. bronchiseptica proteina bifunzionale (177.7-kDa) > emolisina pore-forming (1306 AA); > adenilato ciclasica (400 AA) calmodulino-dipendente * B. anthracis Tossina antrace costituita da 3 proteine > fattore edemigeno > fattore letale > subunità di legame al recettore

Meccanismo d’azione tossina antrace

Meccanismo d’azione tossina antrace

ZN-ENDOPEPTIDASICA TOSSINE CON ATTIVITA’  Neurotossine tetanica e botulinica;  Paralisi spastica versus paralisi flaccida >> blocco rilascio neurotrasmettitori;  Contengono la sequenza HExxH che è coinvolta nel legame dello Zn nelle endopeptidasi-Zn dipendenti;  Atomo di Zn è essenziale per funzione tossina e prevenire neuroesocitosi;

Tossina Tetanica  Rilasciata da lisi batterica come unico peptide inattivo 150 kDa;  Scissa da endopeptidasi

S Hn Hc HS Zn Zn2+ Hn Hc S Zn2+ Hn Hc S Proteolisi Riduzione

 Lega gangliosidi GT1 membrane neuroni che innervano sede inoculo/germinazione spore e penetra nelle cellule per endocitosi recettore mediata;  Risale il SN mediante trasporto intra-assonico inverso in motoneuroni, neuroni sensoriali, neuroni adrenergici >>> passa per via transinaptica ai neuroni inibitori bloccando rilascio GABA e glicina.

Tossine neurotrope: tossina tetanica TT agisce bloccando il rilascio dei neurotrasmettitori inibitori a livello dello spazio sinaptico. Contrazione contemporanea muscoli agonisti e antagonisti (paralisi spastica). Morte per blocco respiratorio.

Tossina Botulinica  Rilasciata da lisi batterica come unico peptide inattivo 150 kDa;  Scissa da endopeptidasi  Assorbita tratto gastrointestinale passa in circolo e lega gangliosidi GD1b presenti nelle membrane neuroni colinergici ed entra nelle cellule per endocitosi recettore mediata;  Subunità catalitica penetra nel citoplasma dopo acidificazione endosoma ed agisce inibendo secrezione di Ach in tutte le sinapsi colinergiche incluse motoneuroni, fibre pregangliari e postgangliari parasimpatiche.

Tossine neurotrope: tossina botulinica La tossina botulinica agisce a livello del SNP, bloccando a livello pre-sinaptico il rilascio di acetilcolina. Mancata contrattura dei muscoli e paralisi flaccida.

MECCANISMO D’AZIONE TOSSINE TETANICA E BOTULINICA Sintassina Snap-25

4. TOSSINE INOCULATE DIRETTAMENTE NEL CITOPLASMA CELLULA BERSAGLIO  Alcuni batteri virulenti (Salmonella, Shigella, Yersinia) non rilasciano le loro tossine nell’ambiente;  Questi batteri intossicano singole cellule eucariotiche utilizzando un apparato di secrezione contatto-dipendente per inoculare sostanze tossiche nel citoplasma delle cellule bersaglio;  I Gram- utilizzano un apparato di secrezione di tipo III (struttura simil flagellare) o di tipo IV (struttura simil pili coniugativi);

TARGET TOSSINE INOCULATE NEL CITOPLASMA CELLULA BERSAGLIO  Processi di fosforilazione > Yersinia Ypk e YopH > EPEC Tir  Piccole proteine G > S. typhimurium SopE > P. aeruginosa esoenzima S > C. botulinum esoenzima 3  Metabolismo dell’inositolo fosfato > S. dublin SopB

E. Coli enteropatogena (EPEC) Primo passo è l’adesione dei batteri alle cellule epiteliali intestinali mediante pili di tipo IV Legame innesca espressione di un apparato di secrezione di tipo III che consente al batterio di inoculare direttamente nella cellula ospite proteine sintetizzate dal batterio

La proteina EspA consente di colmare la piccola distanza tra batterio e cellula intestinale e di inoculare EspB e Tir EspB inoculata nella cellula bersaglio attiva a sua volta proteine coinvolte nella trasduzione segnale Tir (transmembrane intimin receptor) è inserita nella membrana della cellula bersaglio

Domande Cosa si intende per microrganismo saprofita e parassita? Quali forme di rapporto si possono instaurare tra un parassita ed il suo ospite pluricellulare? Quali sono i vantaggi che fornisce la flora microbica saprofitica del tratto GI al suo ospite? Quali sono i fattori che influenzano l’evoluzione dell’incontro tra un microrganismo ed un ospite pluricellulare? Quali sono le principali vie di infezione? Quali sono i meccanismi di difesa aspecifici di cui è dotato un organismo pluricellulare per controllare la popolazione microbica presente su cute e mucose? Quali i meccanismi di difesa specifici di cui siamo dotati per neutralizzare i microrganismi? Cosa si intende per carica infettante? Cosa si intende per virulenza di un microrganismo e da cosa è determinata? Descrivere le varie fasi nello sviluppo di una infezione Adesione batterica: significato e strutture coinvolte Colonizzazione: significato e modalità di colonizzazione per i vari distretti corporei Biofilm: struttura, significato biologico ed importanza per processi infettivi

14. Meccanismi di disseminazione batterica 15. Meccanismi di escape dalla risposta immunitaria 16. Cosa si intende per Patogeni intracellulari e quali le strategie usate da questi batteri 17. Meccanismi di patogenicità batterica diretti ed indiretti 18. Endotossine batteriche: struttura, meccanismo d’azione ed effetti nell’ospite 19. Caratteristiche generali delle esotossine 20. Tipi principali di esotossine 21. Tossine con target extracellulare 22. Esotossine tipo I: tossine che agiscono sulla superficie cellulare 23. Esotossine che danneggiano la membrana cellulare 24. Cosa sono e quale è la struttura/meccanismo d’azione delle emolisine 25. Determinanti genetici delle esotossine batteriche con esempi 26. Esotossine con target intracellulare: descriverne il meccanismo d’azione 27. Esotossine con target intracelulare: descriverne la organizzazione molecolare 28. Esotossine con target intracellulare: descrivere tipo di attività enzimatica catalizzata 29. Esotossine batteriche: tossina colerica (struttura e meccanismo d’azione) 30. Esotossine batteriche: tossina antrace (struttura e meccanismo d’azione) 31. Esotossine batteriche: tossina difterica (struttura e meccanismo d’azione) 32. Esotossine batteriche: tossine botulinica e tetanica (struttura e meccanismo d’azione) 33. Tossine di tipo IV: inoculate nella cellula bersaglio 34. Applicazioni biotecnologiche tossine batteriche 35. Cosa sono le infezioni opportunistiche e quale la loro rilevanza