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Flagelli, pili, capsula e sporulazione

Flagelli FLAGELLI: strutture a forma di corda, formati da subunità proteiche avvolte ad elica (flagellina) ancorati alle membrana batterica.

Filamento assiale: flagello interno presente solo nelle spirochete Treponema pallidum = sifilide Leptospira = leptospirosi (meningite asettica, insufficienza renale e epatica) Borrelia bergdorferi = Lyme disease (lesioni cutanee o eritema migrante)

I flagelli forniscono mobilità ai batteri permettendo alla cellula di muoversi (chemiotassi) nella direzione delle sostanze nutritive o allontanarsi dalle sostanze tossiche

Struttura del flagello Il potenziale di membrana fornisce energia elettrochimica per il “motore” del flagello

Funzione flagelli: chemiotassi Le flagelline sono dotate di proprietà antigeniche e rappresentano l’antigene H dei batteri provvisti di motilità (e.g., Salmonelle, Vibrioni) Funzione flagelli: chemiotassi

Pili o fimbriae (frange) e cilia PILI o FIMBRIE: strutture proteiche (pilina), lineari, a centinaia intorno al batterio che favoriscono l’adesività (nomi alternativi: lectine, evasine, aggressine) Pili o fimbriae (frange) e cilia

Funzione dei pili: adesione. Come fattore di adesività le punte delle fimbrie contengono delle proteine (lectine) che legano specifici zuccheri (e.g., mannosio) Funzione dei pili: adesione.

Escherichia coli Gli enterotossigeni utilizzano pili di tipo 1 e adesine CFA/I e CFA/II per aderire alla mucosa intestinale Gli enteroaggreganti utilizzano fimbrie GVVPQ, pili a fasce (Bfp) e intimina

Adesività di E. coli alle cellule della mucosa urinaria Pili F, AFAI e AFAIII e adesina Dr

Pilo sessuale o Pilo F

Adesine Adhesins are proteins found in the cell wall of various bacteria that bind to specific receptor molecules on the surface of host cells and enable the bacterium to adhere intimately to that cell in order to colonize and resist physical removal.

Adesine Bordetella pertussis produces several adhesins: ･Filamentous hemagglutinin is an adhesin that allows the bacterium to adhere to galactose residues of the glycolipids on the membrane of ciliated epithelial cells of the respiratory tract. ･Pertussis toxin also functions as an adhesin. One subunit of the pertussis toxin remains bound to the bacterial cell wall while another subunit binds to the glycolipids on the membrane of ciliated epithelial cells of the respiratory tract. ･B. Pertussis also produces an adhesin called pertactin that further enables the bacterium to adhere to cells.

CAPSULA: strato lasso, viscoso polisaccaridico o proteico che circonda i batteri gram+ e gram– Nel caso sia poco aderente e poco uniforme per densità e spessore, questo materiale e’ definto strato mucoso o glicocalice Capsula e glicocalice

Capsula All’esterno della parete cellulare Ben definita: capsula Non definita: glicocalice generalmente polisaccaridica Spesso assente in vitro Presente in vivo e protettiva

Capsula TRE FUNZIONI DELLA CAPSULA Adesione Inibizione fagocitosi e killing intracellulare Mimetismo immunitario

Funzione capsula: adesione aspecifica In Streptococcus mutans permette di aderire e colonizzare lo smalto dentale ed innescare il processo cariogeno Funzione capsula: adesione aspecifica

BIOFILM Complessa struttura formata da una matrice di materiale capsulare contenente numerosi batteri che possono colonizzare ed invadere: Zone assai ampie di mucosa, e.g., Psudomonas aeruginosa nella mucosa respiratoria Fasce connettivali intermuscolari, e.g., fascite necrotizzante da alcuni ceppi di Streptococcus pyogenes

Un biofilm è una comunità strutturata di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica autoprodotta ed adesa ad una superficie inerte o vivente. ……may protect bacteria from harmful enzymes, from changes in pH. ……can function as an adhesin, enabling the bacterium to adhere to host cells and environmental surfaces, colonize, and resist flushing. ……may contribute to virulence by protecting the bacterium against complement attack and phagocytosis and antibiotics.

BIOFILM-2 Superfici connettivali come le valvole cardiache, e.g., Streptococchi viridanti Materiali inerti come fili di sutura e impianti protesici come cateteri vescicali, protesi vascolari, protesi valvolari cardiache, shunt artero-venosi, lenti a contatto

Capsula TRE FUNZIONI DELLA CAPSULA - Adesione - Inibizione fagocitosi e killing intracellulare - Mimetismo immunitario

Killing microbico intracellulare Fagocitosi e Killing microbico intracellulare La fagocitosi e il killing microbico è quel processo operato dai leucociti polimorfonucleati, dai moniciti, dai macrofagi che prevede l’attacco, l’ingestione e la distruzione dei batteri

Glycoprotein molecules known as pattern-recognition receptors are found on the surface of phagocytes. They are so named because they recognize and bind to pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) - components of common molecules such as peptidoglycan, teichoic acids, lipopolysaccharide, mannans, and glucans - found in many microorganisms. WEB PAGE FOR DR. KAISER'S MICROBIOLOGY COURSE (BIOL 230) THE COMMUNITY COLLEGE OF BALTIMORE COUNTY, CATONSVILLE CAMPUS. Copyright ｩ1995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006

Fagocitosi e Killing intracellulare mediato da anticorpi OPSONIZZAZIONE Fagocitosi e Killing intracellulare mediato da anticorpi The attachment of microbes and other foreign cells to phagocytes by antibody molecules such as IgG

Funzione capsula: inibizione fagocitosi The capsule covers the opsonin C3b bound to the bacterial cell wall so that it can't bind to C3b receptors (called CR1) on the surface of phagocytes.

Capsula TRE FUNZIONI DELLA CAPSULA - Adesione - Inibizione fagocitosi e killing intracellulare - Mimetismo immunitario

Nel Bacillus anthracis è polipeptidica

Esempi di alcuni batteri che sintetizzano la capsula Streptococcus pneumoniae: agente di polmonite, meningite, otite Haemophilus influenzae di tipo b: agente di meningite, otite, sinusite Neisseria meningitidis: agente di meningite, meningoencefalite, polmonite Bordetella pertussis: agente della pertosse catarrale e parossistica Bacillus anthracis: agente dell’antrace cutaneo, polmonare, gastrointestinale

E’ coinvolta nella trasmissione di alcune infezioni umane Endospore. Sporogenesi, processo di formazione dell’endospora Strutture protettiva in cui il batterio sopravvive in uno stato di dormienza. Prodotta solo dai gram+ E’ coinvolta nella trasmissione di alcune infezioni umane da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

La spora FUNZIONE DELLA SPORA Resiste alla penetrazione di sostanze estranee Resiste all’essiccamento, alle radiazioni gamma e ultraviolette Sopravvive al calore (anche > 100°C) Resiste anche per anni nell’ambiente esterno

Bacillus anthracis: antrace Clostridium tetani: tetano Clostridium botulinum: botulismo Clostridium perfringens: gangrena gassosa

La spora contiene una copia completa del cromosoma, concentrazioni minime di proteine essenziali e ribisomi, alta concentrazione di calcio legato all’acido dipicolinico La spora ha una membrana interna, due strati di peptidoglicano e un rivestimento esterno (coat) proteico simil-cheratinico

2 1 4 3

La sporogenesi richiede 6-8 ore 5 6 7 8 La sporogenesi richiede 6-8 ore

Germinazione della spora In condizioni ambientali favorevoli (acqua, calore, sostanze nutritive), la spora germina liberando la cellula batterica che dallo stato vegetativo può avviarsi ad uno stato germinativo

10 9 11 La germinazione o trasformazione dello spore in cellule allo stato germinativo richiede circa 90 minuti

Spore tetaniche

Clostridium tetani bacillo di piccole dimensioni mobile sporigeno acapsulato Gram + (a volte Gram -) le spore sono in posizione terminale, rotonde (forma a “mazza di tamburo”) A differenza di altri clostridi, C. tetani cresce difficilmente in laboratorio anche perché, come stretto anaerobio, non tollera la presenza di ossigeno

EPIDEMIOLOGIA Clostridium tetani è ubiquitario. Colonizza il tratto gastroenterico di animali erbivori e dell’uomo ed è presente nel terreno. La forma vegetativa è sensibile alla presenza di ossigeno, la forma sporale sopravvivere a lungo nel terreno. Attualmente si stima che nel mondo si verifichino un milione di casi/anno, con una mortalità fra il 20 e il 50%.

La tossina tetanica Si lega a recettori nervosi periferici. Il frammento A risale fino alle sinapsi inibitorie dei motoneuroni bulbari e spinali, dove blocca il rilascio del mediatore chimico [GABA] I motoneuroni, disinibiti, inviano impulsi continui, che provocano il tetano [paralisi spastica]

Bacillus anthracis: antrace Clostridium tetani: tetano Clostridium botulinun: botulismo Clostridium perfringens: gangrena gassosa

Funzione dei rivestimenti batterici da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

Caratteristiche differenziali dei batteri gram positivi e gram negativi da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

Struttura del rivestimento batterico da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES