Flora microbica normale Per flora microbica normale si intendono i microrganismi normalmente associati al tessuto sano. Si trova soprattutto sulla pelle e sulle mucose (epiteli esposti indirettamente all'ambiente esterno, es. bocca, tratto gastrointestinale, app. respiratorio, ecc). Non c'è negli organi interni, sangue, sistema linfatico, per cui microrganismi in queste sedi indicano di solito una malattia in corso. Intestino = contiene un enorme numero di batteri (~ 1/3 delle feci) . Responsabili di moltissime reazioni metaboliche: Sintesi di vitamine (tiamine, riboflavina, pirossidina, B12, K Produzione di acidi organici (acetico, propionico, butirrico) Reazioni glicosidasiche mediante la produzione di enzimi ( e -galattosidasi,  e -glucosidasi) Metabolismo degli steroidi (mediante esterificazione, ossidazione, riduzione etc) NB: Gli antibiotici, oltre che i patogeni, inibiscono anche la flora normale  perdita dei batteri commensali  microrganismi opportunisti (es Stafilococco Aureo, Candida Albicans) che normalmente non riescono a competere con la flora normale, possono moltiplicarsi e dare malattie.

Numero di batteri nei diversi distretti dell’organismo

Ruolo della flora microbica nelle difese del nostro organismo

La flora normale Tratto respiratorio Stafilococco epidermidis Stafilococco aureus Streptococchi (S. pyogenes & S. pneumoniae) Haemophilus Neisseria Bocca e gola Streptococchi Anaerobi Stafilococco epidermidis Spirochete Stomaco tranne che per i batteri eventualmente presenti nel cibo, di solito lo stomaco è sterile e pochi batteri sopravvivono all’azione dei succhi gastrici. Eccezione: infezione con Helicobacter Pilori (gastrite cronica).

Intestino tenue Lattobacilli Anaerobi Gram-negativi Enterococchi Enterobatteri Intestino crasso Anaerobi Cocchi Gram-positivi Clostridi Enterobatteri (soprattutto Escherichia Coli) Tratto genitale: Nell’uretra, sia maschile che femminile, è presente la flora della pelle Vagina: Lattobacilli Anaerobi Lieviti Pelle Staffilococco epidermidis & altri (Corynebatteri & Propionibacterium acnes) Stafilococco aureus Flora intestinale nel perineo

Flora normale del tratto urogenitale Nella donna la vagina è influenzate da fattori ormonali, dall’età e dal pH. Nel neonato pH5 – lattobacilli Primo mese di vita-pubertà (pH7) – stafilococchi, streptococchi, corinebatteri, Escherichia coli Pubertà-età adulta – Lactobacillus acidophilus, stafilococchi, streptococchi, corinebatteri. I lattobacilli fermentano il glicogeno producendo acido lattico e mantengono il pH acido. Post menopausa – diminuisce il glicogeno ed aumenta il pH e la flora microbica è simile a quella prepuberale Nell’uomo e nella donna la vescica è sterile. L’uretra anteriore contiene stafilococchi, enterococchi e corinebatteri

N.B. Quasi tutti i microorganismi possono essere trasportati transitoriamente con le mani, anche se non fanno parte della flora microbica normale della pelle. I bacilli Gram - non fanno parte della flora normalmente presente sulla pelle. Le mani però possono facilmente essere contaminate da questi bacilli e funzionare quindi come “veicolo di infezione”. Nella figura: Colonie di Klebsiella (bacillo Gram -)

Rapporti organismo-batteri Batteri simbionti = utili all’organismo commensali (saprofiti) = indifferenti patogeni = superano le difese dell’organismo e ne alterano la funzionalità Non è un sistema rigido. Batteri opportunisti: componenti della flora batterica normale possono diventare patogeni: 1. Cambiando distretto: E. coli = commensale dell’intestino, può dare infezioni urinarie Pseudomonas = batteri resistenti a molti farmaci antibatterici, con scarse esigenze nutrizionali, si trovano dappertutto. Possono venire introdotti mediante catetere, iniezioni, ustioni gravi infezioni in pazienti immunocompromessi. 2. Perché viene alterato l’habitat: Stafilococco aureo, normalmente presente nell’intestino, in seguito a somministrazione di antibiotici può diventare predominante  produzione di tossine  enterite. 3. Perché le difese dell’ospite diminuiscono: AIDS, terapia radiante, immunosoppressione da farmaci (pazienti neoplastici). Infezioni opportunistiche

Infezione = moltiplicazione del microrganismo all’interno dell’ospite; non è sinonimo di malattia. Patogenicità = capacità di un microrganismo di causare la malattia. Il livello di patogenicità dipende da due fattori: 1. Virulenza: grado di patogenicità, dato dalla capacità di moltiplicarsi in vivo e dalla invasività (diffusione del patogeno nel corpo) 2. Tossigenicità o produzione di tossine. Patogenicità

DIFESE ASPECIFICHE CONTRO LE INFEZIONI BATTERICHE Molti agenti infettanti non riescono a penetrare nel corpo di un individuo per l’esistenza di barriere biochimiche e fisiche. Il corpo umano tollera una grande varietà di microrganismi commensali che competono attivamente contro molti potenziali patogeni.

Fasi del processo infettivo Per iniziare un processo infettivo, un batterio deve prima ancorarsi alle mucose, poi colonizzarle (concorrenza con specie microbiche commensali); quindi deve contrastare le difese dell’organismo (presenza di IgA, rimozione meccanica da muco o desquamazione epiteliale) e trovare le condizioni opportune per metabolizzare. Fasi della colonizzazione: 1) adesione blanda alle mucose, in parte inibita dal muco; 2) adesione; 3) invasione nelle cellule sottomucosali. Seguono la sua moltiplicazione ed il danneggiamento della mucosa. Si dirige quindi verso i tessuti profondi dell’organismo, spesso per azione di enzimi batterici quali collagenasi e jaluronidasi, che dissolvono i tessuti e aprono un varco per il passaggio. Nelle prime fasi il batterio deve avere strutture o produrre sostanze (aggressine) che contrastano le difese antibatteriche dell’organismo. Successivamente produce il danno ( tossine).

Fasi del processo infettivo Infezione = moltiplicazione del microrganismo all’interno dell’ospite; non è sinonimo di malattia. Malattia = danno anatomico e funzionale Patogenicità = capacità di un microrganismo di causare la malattia. Il livello di patogenicità dipende da due fattori: Virulenza: grado di patogenicità, dato dalla capacità di moltiplicarsi in vivo e dalla invasività (diffusione del patogeno nel corpo) 2. Tossigenicità o produzione di tossine.

ADESINE L’adesione è importante per la colonizzazione dei batteri sulle mucose e per l’inizio dell’infezione. Ogni batterio aderisce in modo specifico e selettivo ad un determinato tipo di mucosa: es. E. coli alla mucosa dell’intestino tenue, Gonococco alla mucosa uretrale. ADESINE = strutture superficiali dei batteri che si legano a recettori specifici presenti sulle cellule che formano gli epiteli mucosi. Per lo più si tratta di glicoproteine o lipoproteine: es. proteine di fimbrie e pili nei Gram-, acidi teicoici e proteine della parete nei Gram+, polisaccaridi della capsula (es. Streptococco mutans  carie). Il possesso di adesine è un vantaggio per la colonizzazione della mucosa, ma può essere uno svantaggio se le adesine interagiscono con recettori sulla superficie di cellule fagocitarie (i batteri vengono fagocitati). La capsula può mascherare le adesine sottostanti: es pneumococchi capsulati non vengono fagocitati. Dopo che il batterio si è ancorato alla mucosa e trova le condizioni metaboliche opportune, inizia a moltiplicarsi  formazione di una colonia  concentrazione di prodotti tossici (tossine, esoenzimi, ecc.) in una zona limitata  danneggiamento della mucosa  penetrazione dei batteri nei tessuti profondi.

Aggressine (fattori di virulenza) Sono sostanze che promuovono la crescita batterica in vivo inibendo le difese dell’ospite. Svolgono un ruolo importante nella prima fase dell’infezione, quando i pochi batteri presenti sono vulnerabili alle difese dell’organismo. Capsula batterica = impedisce il contatto fra batteri e fagociti. Capacità di sopravvivere all’interno dei fagociti: Brucelle, Micobatteri, Stafilococchi, Salmonelle resistono all’interno delle cellule fagocitarie. I batteri fagocitati vengono uccisi da un sistema formato da perossidasi, H2O2, e un alogenuro (ioduro). Nella vescicola fagocitaria perossidasi + H2O2 ossidano l’alogenuro ad alogeno  denaturazione delle proteine. Si forma anche O2-; O2- + H2O2  OH-  danno a tutte le molecole biologiche. Produzione di sostanze che inibiscono il sistema perossidasico: Catalasi (distingue gli stafilococchi dagli altri cocchi) Riducono H2O2 e O2- Superossido dismutasi

Produzione di: Leucocidine = danneggiano linfociti e macrofagi (possono essere considerate anche esotossine) Coagulasi = trasforma il fibrinogeno in fibrina che si deposita intorno al batterio  resistenza alla fagocitosi (fra gli stafilococchi è presente solo in Staphylococcus aureus) Produzione di Enzimi che favoriscono la diffusione dell’infezione ai tessuti: Ialuronidasi = depolimerizza l’acido ialuronico, componente del connettivo. Chinasi = trasforma il plasminogeno in plasmina in grado di dissolvere i coaguli di fibrina (es Streptococcus pyogenes). Collagenasi = distrugge il collageno del tessuto muscolare (es. clostridio della gangrena gassosa). Mimetismo Antigene Alcuni batteri hanno strutture di superficie molto simili ad antigeni presenti in cellule dell’ospite (es. Streptococco Piogene ha la capsula con acido ialuronico). Spiega il tropismo di specie. Salmonella typhimurium ha antigeni in comune con tessuti del topo (è molto patogena) ma non umani (è poco patogena).

TOSSINE Tossine = sostanze tossiche (veleni) responsabili del quadro clinico della malattia e del potere patogeno dei batteri. La differenza fra aggressine e tossine è molto sfumata; generalmente le aggressine hanno un ruolo importante nella prima fase dell’infezione e permettono al batterio di contrastare le difese dell’organismo, mentre le tossine provocano il danno effettivo. parete cellulare ESOTOSSINE Esotossine = tossine che si liberano nell’ambiente mentre vengono prodotte; sono facilmente separabili dai batteri mediante metodi fisici (filtrazione, centrifugazione).

parete cellulare ENDOTOSSINE Endotossine = veleni legati a strutture della cellula batterica (= lipide A di LPS) che si liberano nell’ambiente solo dopo la lisi dei batteri.

Lipidi (lipide A di LPS) Termolabili Termostabili (all'autoclavatura) ESOTOSSINE ENDOTOSSINE Proteine Lipidi (lipide A di LPS) Termolabili Termostabili (all'autoclavatura) Gram + (ma anche Gram -) Solo Gram - Per lo più secrete Componenti strutturali del batterio Neutralizzate dall’anticorpo specifico Gli anticorpi non hanno effetto sul potere tossico Trasformabili in anatossine Non detossificabili Effetto caratteristico di ciascuna Effetto comune a tutte (febbre, danni al sistema circolatorio).

ESOTOSSINE Veleni proteici prodotti da Gram+ e Gram-. La maggior parte sono dimeriche: peptide B (senza azione tossica), che interagisce con recettori cellulari, consentendo la penetrazione del peptide A all’interno della cellula. Il peptide A è quello dotato di azione tossica.

Alcune esotossine sono prodotte in seguito a conversione lisogenica, ad es. Corinebatteri difterici, enterotossina di Stafilococco aureo, tossina eritrogenica di Streptococco, ecc.). Le esotossine hanno un elevato potere antigene. In seguito a trattamento, ad es., con formaldeide, perdono il potere tossico, ma conservano quello antigene  anatossine, utilizzate per:  Indurre immunità attiva (vaccini)  Preparare sieri immuni antitossici (inoculazione in grossi animali) In base al meccanismo d’azione dell’effetto tossico si distinguono: (1) tossine che agiscono a livello della superficie cellulare (tossina esfoliativa, tossine emolitiche o citolitiche e tossine ciliostatiche; (2) tossine ADP ribosilanti che agiscono alterando il contenuto intracellulare di AMP-ciclico (enterotossine, tossina della pertosse); (3) tossine che inibiscono la sintesi proteica o con attività ADP ribosilante (tossina difterica), o direttamente (tossina Shiga e Shiga-like); (4) tossine neurotrope che interferiscono con la trasmissione degli impulsi nervosi (tossina tetanica e botulinica), (5) esotossine che agiscono come “superantigeni”.

Tossine Ciliostatiche Tossina esfoliativa o epidermolitica prodotta da Staphylococcus aureus responsabile della “sindrome della cute ustionata” La tossina dalla sede di colonizzazione dello stafilococco  diffonde al circolo ematico e ai capillari del derma  si fissa allo strato granuloso dell’epidermide e determina la rottura delle proteine coinvolte nella adesione intercellulare  con conseguente scollamento di ampi strati dell’epidermide al minimo contatto colpisce neonati o bambini nella primissima infanzia Tossine Ciliostatiche Di natura non proteica. Paralizzano il movimento ciliare  favoriscono la colonizzazione degli epiteli ciliati. Causano necrosi delle cellule ciliate (es. Bordetella pertussis, Neisseria gonorrhoeae).

Tossine emolitiche o citolitiche (emolisine o citolisine). Hanno azione tossica sulla membrana cellulare. (1) Alcune sono proteine che si inseriscono nella membrana formando polimeri che delimitano pori o canali (es. emolisine ,  di Stafilococco aureus, streptolisina O di Streptococco pyogenes). a tossina potassio Formazione di pori e perdita di nutrienti Morte della cellula St. Aureo Clostridium perfrigens a tossina (fosfolipasi C) Idrolisi della fosforilclorina Membrana cellulare lisi Morte cellulare (2) Altre hanno un’azione fosfolipasica  idrolizzano i fosfolipidi di membrana (fosforilcolina) con conseguente lisi e morte della cellula (es. Clostridium perfringens) .

Tossine APP-ribosilanti Le tossine ADP-ribosilanti agiscono staccando la nicotinamide dal NAD (nicotinamide-adenina-dinucleotide) e trasferendo la rimanente porzione (adenosinadifosfato-ribosio o ADP ribosio) su una proteina bersaglio, che viene bloccata o alterata nella sua funzione. Queste proteine sono costituite dalle proteine G (vedi tossina del colera e della pertosse) o da regolatori delle sintesi proteiche (vedi tossina difterica). Le proteine G, che controllano una serie di circuiti cruciali della cellula eucariotica, come: (1) la sintesi proteica, (2) la trasduzione di segnali di membrana e (3) la struttura del citoscheletro. Le proteine G sono una famiglia di proteine coinvolte nella cascata dei cosiddetti “secondi messaggeri” che utilizzano lo scambio di guanosina difosfato (GDP) con guanosina trifosfato (GTP) come interruttore molecolare per avviare o interrompere alcune reazioni biochimiche. Alcune di queste sono localizzate sulla membrana cellulare dove regolano la funzione di alcuni enzimi, come l’adenilato ciclasi che catalizza la formazione di AMP ciclico. Tossine APP-ribosilanti che alterano il contenuto intracellulare di AMP-ciclico (es. tossina colerica, tossina di E.coli e tossina della pertosse) che inibiscono la sintesi proteica (es. tossina della difterite o tossina pantropa)

Schema comparato del’azione delle tossine del colera e della pertosse L’adenilciclasi converte AMP in AMP ciclico ed è regolata da due proteine che legano GTP: una stimolatoria (Gs ) e una inibitoria (Gi) . Gs e Gi ricevono stimoli, rispettivamente, da recettori ® stimolatori ed inibitori regolati a distanza da ormoni (H) stimolatori ed inibitori. La trasmisssione di stimoli esterni all’interno della cellula, tramite il complesso adenilciclasi-proteina G, è associato con recettori beta adrenergici (Rs) e alfa2- adrenergici (Ri). La proteina Gs viene attaccata dalla tossina del colera, che la immobilizza nello stato attivato, causando un accumulo di AMP ciclico intracellulare, che provoca un cambiamento nel trasposto di acqua e ioni e quindi diarrea. La proteina Gi viene attaccata dalla tossina della pertosse, che la modifica in modo che non può più ricevere stimoli dal recettore Ri (stato inattivato), con conseguente accumulo di AMP ciclico e con un aumento delle secrezioni respiratorie e della produzione di muco

Tossina della pertosse prodotta da Bordetella pertussis La struttura della tossina della pertosse è di tipo A-B ed è costituita da 5 polipeptidi S1-S5, dove S1 costituisce la subunità A e possiede attività enzimatica ADP-ribosilante B.pertussis si localizza alla superficie dell’epitelio ciliato della trachea e dei bronchi e produce diversi prodotti tossici fra cui la tossina della pertosse che è la principale causa dell’azione patogena  provoca aumento della concentrazione intracellulare di AMP ciclico  disregolazione di diversi segnali di membrana che portano ad un aumento delle secrezioni respiratorie e della produzione di muco  gli effetti biologici della tossina sono: (1) la sensibilizzazione all’istamina (vasodilatazione, aumento della permeabilità vascolare, ipotensione); (2) stimolazione delle isole pancreatiche (aumentata secrezione di insulina e ipoglicemia); (3) stimolazione e soppressione di alcune risposte immunologiche

Esotossine che inibiscono la sintesi proteica Ad azione sistemica. Danneggiano le cellule in possesso dei recettori per la tossina attraverso l’inibizione della sintesi proteica. 1. Tossina difterica –ADP-ribosilante(Corynebacterium diphteriae) 2. Tossina A-ADP-ribosilante (Pseudomonas aeruginosa ) 3. Tossina Shiga (Shigella dysenteriae) 4. Tossina Shiga-like (E. Coli enteroemorragici) Tossina difterica: La tossina penetra nell’organismo attraverso l’epitelio mucoso della faringe e delle prime vie respiratorie. La tossina è formata da due componenti A (amino-terminale) e B (carbossi-terminale) con due ponti disulfurici. La componente B si lega a recettori glicoproteici di membrana e la tossina, ad opera di una proteasi di membrana, viene separata nelle componenti A e B (unite dal ponte disolfuro) e penetra nella cellula per endocitosi. Il ponte disulfurico viene idrolizzato da sostanze riducenti e la componente A, che possiede attività ADP-ribosilante, interagisce con il fattore di allungamento 2 (EF-2) che interviene nella sintesi della catena peptidica a livello della traslocazione sul ribosoma. Il complesso EF-2-ADP-riboso che ne risulta è inattivo con conseguente blocco della sintesi proteica e morte cellulare. Tossina difterica Membrana cellulare Inattiva il fattore 2 di elongazione Previene la sintesi proteica sul ribosoma Morte cellulare

Tossine neurotrope. La tossina tetanica e la tossina botulinica interferiscono con la trasmissione degli impulsi nervosi, rispettivamente a livello centrale e a livello periferico, provocando paralisi spastica o paralisi flaccida. La tossina tetanica (tetanospasmina) è prodotta dal Clostridium tetani, un batterio anaerobio obbligato, le cui spore se introdotte nel tessuto in seguito ad un trauma ed in scarsa presenza di ossigeno (tessuti necrotici), sporificano e liberano la tossina che diffonde per via ematica, raggiunge il SNC e blocca gli impulsi inibitori della contrazione muscolare riflessa, agendo sia sui muscoli flessori che estensori con paralisi spastica. In assenza di terapia si ha il blocco dei muscoli respiratori e morte (oltre il 50%) 1 2 3 c ni MS nm nm Diagramma del controllo nervoso dei muscoli che consentono la flessione e l’estensione dell’avambraccio nel soggetto normale (1), nell’intossicazione botulinica (2) e nell’intossicazione tetanica (3). tricipite bicipite gnm C, cervello; MS, midollo spinale; nm, neurone motore; ni, neurone inibitore; gnm, giunzione neuromuscolare

Tossine neurotrope Esotossina tetanica: formata da due peptidi H e L, uniti da un ponte disulfurico, che vengono separati da una proteasi cellulare. H si lega alla membrana delle cellule nervose, mentre L, che è una zincopeptidasi, penetra nel citosol e interagisce con la sinaptobrevina (VAMP:vescicle associated membrane protein) presente sulle neuro-vescicole preposte all’esocitosi, a livello sinaptico, del neurotrasmettitore inibitorio (-aminobutirrrico o GABA) che agisce a livello del sistema nervoso centrale  blocco della vescicola e della liberazione dei neurotrasmettitori inibitori della contrazione muscolare riflessa  (spasmi generalizzati) paralisi spastica. Esotossina botulinica agisce sul sistema nervoso periferico inibendo la liberazione di acetil-colina (ACH) a livello della giunzione neuro -muscolare  l’impulso non raggiunge il muscolo  paralisi flaccida. E’ estremamente tossica: 1 gr è in grado di uccidere 10,000,000 di persone.

Tossine come superantigeni Gli antigeni convenzionali vengono internalizzati ed elaborati dalle cellule presentanti l’antigene (macrofagi, cellule dendritiche e linfociti B) ed esposti alla superficie cellulare associati al complesso maggiore di istocompatibilità di classe II (MHC II). Il complesso antigene/MHC II viene riconosciuto solo dai linfociti T helper che presentano sulla superficie un recettore (TCR) con specifica capacità combinatoria. I superantigeni, invece, non vengono internalizzati ed elaborati ma si legano dall’esterno a cellule APC e linfociti TH. Questo legame aspecifico determina l’attivazione di numerosi cloni T con massiccia produzione di citochine (IL1, IL2, TNF, TNF, ecc) → febbre, ipercatabolismo proteico, shock emodinamico, disregolazione del sistema immune. Es. Stafilococco aureo: sindrome da shock tossico descritta per la prima volta nel 1978. Negli USA diverse morti improvvise di donne giovani e sane. Febbre, ipotensione, rash cutaneo, coinvolgimento di rene, fegato, tratto gastrointestinale, SNC  5-10% di mortalità, prima di conoscere la causa). Causa = tossina di Stafilococco Aureo, un batterio a volte presente nella normale flora della cute. Unica cosa comune a tutte le donne colpite: uso di tamponi vaginali di una specifica marca contaminati da St. Aureo: il tampone assorbiva il magnesio presente in vagina  con bassi livelli di Mg++ S. Aureo produce molta tossina. La sindrome può verificarsi anche in seguito ad infezioni successive ad interventi chirurgici. Stafilococco aureo: enterotosssine Streptococco pyogenes (Scarlattina):Tossina eritrogenica

ENDOTOSSINE I batteri Gram - hanno una membrana esterna con struttura asimmetrica (strato di fosfolipidi all’interno, fosfolipidi + LPS all’esterno). Al lipopolisaccaride (LPS) è legata l’attività di endotossina, caratteristica dei Gram -. La porzione lipidica (Lipide A) è responsabile delle principali attività biologiche della endotossina. Il core è sempre molto simile in tutti i Gram -, mentre la catena polisaccaridica (Antigene O) dà alle diverse specie batteriche caratteristiche antigeniche differenti.

In piccole quantità LPS attiva monociti, macrofagi e molti mediatori dell’infiammazione [piccolissime quantità di LPS assorbite quoti-dianamente stimolano positivamente i sistemi cellulari, particolarmente il sistema immunitario]. I batteri Gram - fanno parte della flora microbica intestinale normale e quindi piccole quantità di LPS sono sempre assorbite; animali “germ free” (cioè privi di flora microbica commensale) sono iposviluppati. LPS attiva quasi tutti i meccanismi di difesa del sistema immunitario ed anche il sistema della coagulazione. DIC = coagulazione intravascolare disseminata.

LPS in grande quantità (dovuta a batteriemia, colonizzazione di tessuti profondi, ecc) invece provoca gravi danni: Pirogenicità Induzione dei macrofagi a liberare mediatori cellulari, fra cui TNFa e IL1, citochine con molti effetti di carattere generale. e Attivazione del complemento e della coagulazione con possibilità di trombi intravasali (coagulazione intravascolare disseminata).

Vasodilatazione periferica Aumento della permeabilità dei capillari  vasodilatazione  ipotensione  stasi ematica  shock emodinamico. Aumento del metabolismo proteico Stimolazione di linfociti T con produzione di Interferon . LPS batterici sono molto diffusi nell’ambiente e sono stabili all’inattivazione da agenti chimici e fisici  frequente contaminante ambientale  possibile inquinante di prodotti biologici, reagenti, farmaci, alimenti, ecc.  necessario il controllo per la presenza di endotossina. Limulus test: le cellule dell’emolinfa di un crostaceo (Limulus polyphemus) gelificano e formano un coagulo in presenza di pg di endotossina diagnosi rapida e sensibile della presenza di endotossina in vari materiali.

Dispositivi medici impiantabili BIOFILM Il termine biofilm è usato per descrivere comunità batteriche protette da matrici polimeriche di exopolisaccaridi autoprodotte e aderenti ad una superficie viva o inerte Dispositivi medici impiantabili Tessuti dell’ospite Valvole cardiache Protesi ortopediche Cateteri vascolari Impianti dentali

Cateteri vascolari Protesi ortopediche Protesi dentarie

Biofilm batterici Adesione dei batteri alla superficie Colonizzazione Produzione di esopolimeri Formazione del biofilm Rilascio dei batteri dal biofilm

Quorum Sensing (QS) I batteri sono in grado di condurre una vita comunitaria chiamata Biofilm. I batteri per poter formare un biofilm devono comunicare fra di loro attraverso molecole segnale di cui i batteri sono produttori e recettori, permettendo un dialogo molecolare. Questi composti sono divisi in due categorie: (1) acil omoserina-lattoni (AHL), tipici dei Gram-, e (2) peptidi o amine o aminoacidi, tipici dei batteri Gram+. Il meccanismo di comunicazione viene chiamato Quorum Sensing (valore di soglia). I batteri rilasciano una quantità fissa di molecole e quando raggiungono un certo quorum l’espresdsione di certi geni viene attivata e si instaura una risposta biologica.

Biofilm di S.epidermidis su corpi estranei

Tabella 1. Biofilm e infezioni nell’uomo Infezioni o malattia Biofilm (specie batterica principale) Carie dentali Cocchi Gram-positivi acidofili (es., Streptococcus) Periodontite Flora batterica anaerobica orale Gram-negativa Otite media Ceppi di Haemophilus influenzae Infezioni muscoloscheletriche Cocchi Gram-positivi (es., stafilococchi) Fascite necrotica Streptococchi Gruppo A Infezioni del tratto biliare Batteri enterici (es., Escherichia coli) Osteomielite Varie specie batteriche e fungine Endocardite Streptococchi gruppo viridans Polmonite associata a fibrosi cistica P. aeruginosa e Burkholderia cepacia

Tabella 2. Biofilm come contaminanti di strumenti e presidii medici Dispositivi contaminati Biofilm (specie batterica principale) Lenti a contatto Cocchi Gram-positivi e P. aeruginosa Dispositivi per dialisi peritoneale Flora batterica e fungina mista Cateteri urinari E. coli e altri bacilli Gram-negativi IUD Actinomyces israelii Dispositivi endotracheali Cateteri venosi S. epidermidis Valvole cardiache meccaniche S. aureus e S. epidermidis Inneschi vascolari Cocchi Gram-positivi Dispositivi ortopedici Protesi di vari organi

Biofilm e antibiotici I batteri, sotto forma di biofilm, sono 10-1000 volte più resistenti al trattamento antibiotico rispetto al fenotipo planctonico. Gli antibiotici attualmente disponibili agiscono contro il fenotipo planctonico della cellula batterica e non contro il biofilm. La scoperta di nuovi agenti antibatterici attivi anche sui biofilm è un urgente obiettivo da perseguire.

Nel biofilm possono esprimersi meccanismi di resistenza diversa MECCANISMI DI RESISTENZA AGLI ANTIBIOTICI Crescita lenta per cambiamenti chimico-fisici nel biofilm Crescita lenta per riduzione di nutrienti Barriera meccanica Sviluppo di un fenotipo biofilm specifico Nel biofilm possono esprimersi meccanismi di resistenza diversa Cellule superificiali Cellule intermedie Cellule più profonde Protette dallo SLIME Crescita rallentata Esprimono un fenotipo biofilm specifico