Meccanismi dell’azione patogena dei microrganismi Prof. Giovanni Giammanco

RAPPORTI TRA MICRORGANISMI E OSPITE FLORA MICROBICA RESIDENTE (COMPOSTA DA MICRORGANISMI RELATIVAMENTE STABILI IN UNA DETERMINATA AREA) FATTORI CONDIZIONANTI: ETA’, DIETA, CONDIZIONI IGIENICHE, ETC. NON ESSENZIALE (ANIMALI GERM FREE) MA COINVOLTA IN: - ASSORBIMENTO DI NUTRIENTI - SINTESI DI VITAMINA K - INTERFERENZA BATTERICA FLORA MICROBICA TRANSITORIA (COMPOSTA DA MICRORGANISMI PRESENTI PER ORE, GIORNI, SETTIMANE)

RAPPORTI TRA MICRORGANISMI E OSPITE PARASSITI: MICRORGANISMI VIVENTI A CARICO DELL’OSPITE SIMBIONTI (UTILI PER L’UOMO) COMMENSALI (INDIFFERENTI) PATOGENI (DANNOSI): OBBLIGATI E OPPORTUNISTI SAPROFITI: MICRORGANISMI VIVENTI A SPESE DI MATERIALE INANIMATO (batteri ambientali)

Flora microbica residente APPARATO RESPIRATORIO NASO, BOCCA, FARINGE: Stafilococchi, Streptococchi, Spirochete, Vibrioni, Lieviti, Etc. APPARATO GASTROENTERICO: ESOFAGO STOMACO (103-104/g di contenuto) DUODENO (103-106/g) DIGIUNO-ILEO (105-108/g) CIECO-COLON (108-1010/g) SIGMA-RETTO (1011-1012/g) APPARATO GENITOURINARIO: URETRA DISTALE (102-103/ml) VAGINA prime settimane: lattobacilli poi: flora microbica mista pubertà: lattobacilli menopausa: flora mista CUTE: Flora microbica transitoria e residente: Stafilococchi, Streptococchi, Miceti, Bacilli Gram+ e Gram-, Etc.

Interazioni tra microrganismi e uomo CONTAMINAZIONE: CONTATTO ACCIDENTALE E TRANSITORIO TRA MICRORGANISMO ED OSPITE COLONIZZAZIONE: MOLTIPLICAZIONE DEL MICRORGANISMO NELL’OSPITE SENZA ALTERAZIONE DELLE NORMALI FUNZIONI DELL’OSPITE INFEZIONE: MOLTIPLICAZIONE DI UN MICRORGANISMO POTENZIALMENTE PATOGENO NELL’OSPITE MALATTIA DA INFEZIONE: PROCESSO PATOLOGICO CAUSATO DALL’INFEZIONE

La piramide delle malattie infettive Esposizione senza infezione (Contaminazione) Infezione senza malattia (asintomatica) Malattia lieve (paucisintomatica) Malattia grave Morte

Mortalità da malattie infettive nel mondo (1999)

Patogenicità Indica la capacità di generare malattia. Virulenza: indica il grado di patogenicità, cioè la maggiore o minore tendenza a generare malattia. La misura della patogenicità di una specie batterica può essere espressa come: Dose infettante 50% (DI 50%) Dose letale 50% (DL50%) Dose minima letale (DML)

MALATTIE SOSTENUTE DA MICRORGANISMI DA INFEZIONE ENDOGENA ANORMALE ESPANSIONE NUMERICA DI UNA SPECIE IN UN DISTRETTO TRASFERIMENTO DI MICRORGANISMI IN ALTRI DISTRETTI DA INFEZIONE ESOGENA MATERIALE INANIMATO (microrganismi ambientali) ANIMALI INFETTI (Zoonosi) SOGGETTI INFETTI (Malattia infettiva o contagiosa)

Modalità di trasmissione Trasmissione orizzontale Diretta Indiretta Trasmissione verticale Contatto diretto con secrezioni Contatto sessuale Trasfusioni e trapianti d’organo Inoculazione accidentale Morsicature e graffi Ingestione di veicoli contaminati (acqua, alimenti) Vettori (insetti,artropodi) Transplacentare Perinatale (al momento dell’attraversamento del canale del parto)

Siti d’ingresso dei microrganismi nell’ospite

Infezioni localizzate sistemiche

Patogenicità batterica Due meccanismi principali: capacità di moltiplicarsi in vivo e/o produzione di sostanze tossiche. FATTORI CONDIZIONANTI LA REPLICAZIONE BATTERICA ADESIVITA’ INVASIVITA’ PRODUZIONE DI ENZIMI E TOSSINE EVASIONE DALLA FAGOCITOSI

Barriere di difesa del corpo umano Occhi Lavaggio lacrimale Lisozima Cute Barriera anatomica Secrezioni antimicrobiche Barriere di difesa del corpo umano Apparato respiratorio Muco Epitelio ciliato Macrofagi alveolari Sistema genito-urinario Lavaggio urinario Acidità, urine e vaginale Lisozima Apparato gastroenterico Acidità gastrica Flora intestinale residente

ADESINE BATTERICHE Microrganismo Adesina Recettore Staphylococcus species Acido Lipotecoico (LTA) Fibronectina Streptococco gruppo A LTA-Proteina M Non noto Streptococco gruppo B Proteine N-acetylglucosamina Escherichia coli Fimbrie D-mannosio, glicolipideP Neisseria gonorrhoeae Ganglioside Treponema pallidum P1,P2,P3 Chlamydia species Lectine superficiali Mycoplasma pneumoniae Proteina P1 Acido sialico

Adesione Escherichia coli Glicosfingolipide Membrana citoplasmatica di una cellula dell’ospite Escherichia coli Fimbria Glicosfingolipide

INVASIVITA’

Fagocitosi

Evasione dalla fagocitosi Inibizione della fagocitosi (capsula di S. pneumoniae) Fagocitosi Inibizione della fusione lisosomiale (M. tuberculosis) Elusione dei lisosomi e moltiplicazione nel citoplasma Resistenza all'azione antibatterica lisosomiale e moltiplicazione nella cellula (S. aureus, Salmonella, M. leprae) Blocco dell'attivazione mediata dall'interferone gamma (Mycobacteria) Interferone gamma Inibizione dell'opsonizzazione (proteina A di S. aureus) Inibizione della chemiotassi Uccisione da parte dei fagociti (S. aureus)

PRODOTTI DI CRESCITA BATTERICA CHE CONTRIBUISCONO ALLA DIFFUSIONE DEI MICRORGANISMI NELL’OSPITE PRODOTTO Ialuronidasi Coagulasi Collagenasi Streptochinasi Lecitinasi DNAsi Lipasi MICRORGANISMO Streptococchi, Stafilococchi e Clostridi Stafilococchi Clostridi Streptococchi ATTIVITA’ DEL PRODOTTO Degrada l’acido ialuronico del connettivo Agisce sulla coagulazione del sangue con formazione di fibrina, che ostacola la fagocitosi Degradazione del collagene del tessuto connettivo Converte il plasminogeno in plasmina, che digerisce la fibrina Distrugge la lecitina della membrane citoplasmatiche Diminusce la viscosità del pus Idrolizza i lipidi

Tossine Eso-tossine

Esotossine Tossine citolitiche Tossine A-B Tossine superantigeniche

Esotossine citolitiche S. aureus Tossina a K+ Formazione di pori, perdita dei nutrienti MORTE CELLULARE C. perfringens Membrana cellulare Tossina a (fosfolipasi C) Idrolizza la fosforilcolina delle membrane cellulari Lisi Emolisine streptococciche

Esotossina di tipo A-B C A-B A-B-C X Y Sintesi della tossina batterica Batterio adeso alla mucosa superficiale Sintesi della tossina batterica A-B-C A-B C Tossinogeno Tossina attiva La tossina raggiunge la cellula target A B La subunità B della tossina si lega al recettore della superficie cellulare La subunità A della tossina entra nella cellula target La subunità A catalizza l’attività enzimatica ed esercita effetto tossico X Y

Tossine superantigeniche Tossine stafilococciche: Enterotossine (A-E) e Tossina dello shock tossico (TSS-1) o enterotossina F Meccanismo d’azione: inducono produzione di IL-1 (pirogeno endogeno), liberazione di citochine (shock ipovolemico), stimolazione della peristalsi intestinale e del centro del vomito attraverso i nervi simpatici e vagali. Si tratta di una esotossina termostabile.

In base alle cellule bersaglio le esotossine vengono distinte in: Tossine neurotrope, le cui cellule bersaglio sono localizzate nel sistema nervoso centrale o periferico Enterotossine, attive a livello delle cellule della mucosa intestinale Tossine pantrope, in grado di danneggiare qualsiasi cellula in possesso di recettori idonei a fissare la tossina

Tossine neurotrope Tossine botulinica Tossina tetanica Interferiscono con i meccanismi di trasmissione dell’impulso nervoso e provocano la morte in seguito all’instaurarsi di una paralisi flaccida (tossina botulinica) o spastica (tetano)

Tossina botulinica

Tossina tetanica

ENTEROTOSSINE TOSSINE CHE CAUSANO DANNO ALL’APPARATO GASTRO-ENTERICO (VOMITO E DIARREA) IN TALUNI CASI SONO DIRETTAMENTE INGERITE CON I CIBI, IN CUI IL MICRORGANISMO SI E’ REPLICATO (INTOSSICAZIONI ALIMENTARI) IN ALTRI CASI SONO PRODOTTE DAI BATTERI CHE SI REPLICANO NELL’INTESTINO (TOSSINFEZIONI)

Tossina colerica Enterotossina di tipo A-B

Tossina pantropa La tossina difterica è una tossina pantropa di tipo A-B la cui azione tossica è legata all’inibizione della sintesi proteica cellulare.

ENDOTOSSINA Lipopolisaccaride, termostabile, basso P.M., non neutralizzabile da anticorpi, Non trasformabile in anatossina Porzione antigenica: Core Catena laterale O specifica Porzione tossica: Lipide A Polisaccaride

Meccanismo d’azione dell’endotossina Effetto pirogeno Leucopenia seguita da leucocitosi Ipotensione Trombocitopenia Coagulazione intravasale disseminata Shock Morte

Limulus test Gelificazione degli amebociti di Limulus polyphemus