Interazione ospiteparassita PATOGENESI BATTERICA ESPOSIZIONE Principali fasi del

Interazione ospite-parassita: PATOGENESI BATTERICA

ESPOSIZIONE Principali fasi del processo patogenetico ADESIONE INVASIONE COLONIZZAZIONE CRESCITA TOSSICITA’ INVASIVITA’ DANNO AI TESSUTI

Proteine batteriche extracellulari che possono essere considerate INVASINE

L’ADESIONE DEI BATTERI ALLE SUPERFICI E’ LA PRIMA TAPPA PER LA COLONIZZAZIONE DELL’OSPITE Quindi è la prima tappa del processo infettivo

LA COLONIZZAZIONE BATTERICA La colonizzazione (capacità di invadere e moltiplicarsi) è la risultante dei meccanismi di virulenza che permettono al batterio di: 1. Aderire alle cellule dell’ospite; 2. Invadere i tessuti dell’ospite; 3. Resistere all’immunità innata; 4. Evadere l’immunità adattiva; 5. Competere per i nutrienti.

Un microrganismo è patogeno se è in grado di invadere e moltiplicarsi conseguente danneggiamento dell’organismo ospite La PATOGENICITA’ dipende da: ü fattori di virulenza ü carica batterica (numero iniziale di batteri che infettano) ü stato di salute, in particolare immunitario, dell’ospite

COS’E’ UN PATOGENO ? MICRORGANISMO IN GRADO DI ADERIRE ED INVADERE I TESSUTI DELL’OSPITE E DI MOLTIPLICARVISI, DANNEGGIANDONE IL NORMALE FUNZIONAMENTO (MALATTIA) A. Patogeni Veri B. C. D. Inducono sempre una malattia in ospiti “normali” Non richiedono alcun fattore predisponente (Chlamydia, gonococco, influenza) E. B. Patogeni Opportunisti (o Occasionali) F. Inducono malattia solo in ospiti debilitati G. Alterazione dei meccanismi di difesa dell’ospite (Pseudomonas,

• Esposizione al patogeno (aria, acqua, cibo, contatto diretto, vettore) • Adesione alla pelle o alle mucose • Invasione attraverso l’epitelio. • Colonizzazione e crescita (e/o completamento del ciclo biologico) • Evasione delle difese immunitarie dell’ospite • Capacità di danneggiare l’ospite (tossicità). • Ritorno al serbatoio/diffusione

LE MALATTIE INFETTIVE AD ECCEZIONE DI QUELLE CAUSATE DALLA DIRETTA PENETRAZIONE DEI MICRORGANISMI ALL’INTERNO DEI TESSUTI O NEL TORRENTE CIRCOLATORIO, HANNO SEMPRE INIZIO CON LA COLONIZZAZIONE DEL BATTERIO PATOGENO, CIOE’ CON IL SUO INSEDIAMENTO SULLA CUTE O SULLE MUCOSE. • COLONIZZAZIONE TRANSIENTE quando il microrganismo viene eliminato senza interferire con l’ospite • COLONIZZAZIONE PERMANENTE se invece i microrganismi proliferano ed invadono la superficie dell’organismo

Colonizzazione delle mucose Adesione

FATTORI DI ADESIONE BATTERICA (adesine) Fimbrie o Pili Strutture filamentose utili ai batteri nell’attacco ad altri microrganismi oppure a superfici solide Glicocalice o capsula Strato di fibre esopolisaccaridiche con un margine esterno distinto che circonda molte cellule; inibisce la fagocitosi e agevola l’adesione Strato S Strato più esterno, a struttura regolare, dei rivestimenti cellulari di determinati batteri che possono promuovere l’adesione alle superfici Mucillagine extracellulare Pellicola batterica meno compatta di una capsula e facilmente asportabile Acidi teicoici o lipoteicoici Componenti della parete cellulare dei batteri Gram-positivi che agevolano l’adesione

Esempi di meccanismi di adesione batterica

PILI o FIMBRIE strutture proteiche (pilina), lineari, a centinaia intorno al batterio che favoriscono l’adesivita’ (nomi alternativi: lectine, evasine, aggressine)

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

Adesività di E. coli alle cellule della mucosa urinaria Adesività medianta da fimbrie

Proteine della superficie batterica Adesine che riconoscono recettori specifici presenti sulla superficie della cellula ospite

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

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

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

BIOFILM Comunità di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica prodotta dalle stesse cellule e aderente ad una superficie inerte o vitale MICRORGANISMI-GLICOCALICE-SUPERFICIE

INFEZIONI BATTERICHE sostenute da VERI PATOGENI Vibrio cholerae, Yersinia pestis, Salmonella typhi, Shigella dysentereriae, Streptococcus pyogenes etc. Ø Presenti in forma PLANCTONICA: Ø Possono essere eradicate dagli antibiotici e prevenute dai vaccini INFEZIONI BATTERICHE sostenute da batteri della POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE v Organizzati nei tessuti in forma SESSILE sotto forma di BIOFILM v Spesso non sono eradicate dagli antibiotici

Microrganismi produttori di Biofilm • >50% delle infezioni sono sostenute da specie batteriche sono nostri commensali o comuni microrganismi dell’ambiente quali: S. epidermidis e P. aeruginosa • S. epidermidis e P. aeruginosa causano infezioni croniche nel paziente compromesso molto spesso a causa del biofilm

Staphylococcus epidermidis sulla superficie di un catetere

INFEZIONI NATURALI PRODOTTE DA BIOFILM Carie dentale Peridontiti Colecistiti Osteomieliti Prostatite batterica Endocarditi Sostenute da: POPOLAZIONE MICROBICA SAPROFITICA Organizzati nei tessuti in forma: SESSILE sotto forma di: BIOFILM Otite media Sinusite Esacerbazioni acute di bronchite

Dove si forma il Biofilm? • Si sviluppa preferenzialmente su superfici inerti (protesi, cateteri) o tessuti morti, ma può formarsi anche su tessuti vivi (endocardite) • Si sviluppa lentamente e le infezioni correlate impiegano parecchio tempo a dare sintomi importanti

Composizione del Biofilm Esopolisaccaridi di natura batterica e principalmente H 2 O Matrice di natura anionica che cattura minerali e nutrienti dall’ambiente Microrganismi appartenenti ad un’unica specie batterica o da più specie inclusi miceti.

Formazione del Biofilm Ogni cellula batterica adesa al biofilm forma una microcolonia che risulta tenacemente avvolta in una abbondante matrice adesiva extracellulare solitamente non prodotta in altre condizioni. Attacco della cellula planctonica Adesione reversibile ad una superficie biologica Adesione irreversibile via ligandi specifici A PP E Replicazione batterica Secrezione di una matrice organica complessa Interazione della matrice con i fluidi ambientali Maturazione del biofilm

Processo di adesione batterica Superficie inerte: interazioni non specifiche ad es. idrofobiche, elettrostatiche Tessuti: meccanismi molecolari, ligandi, lectine, adesine Le forme planctoniche aderiscono in aggregati e l’adesione di una specie promuove l’adesione di altri batteri Il passaggio dalla forma planctonicaa quella sessile potrebbe essere regolato geneticamente le cellule si staccano dal biofilm in modo programmato

Processo di maturazione Aumento complessità oltre ai batteri troviamo molecole organiche ed inorganiche dell’ambiente, proteine della risposta infiammatoria, proteine del complemento, fibrinogeno, fibronectina e glicosaminoglicani Aumento della massa fino ad un punto di equilibrio dinamico con generazione di forme planctoniche e batteri morti nello strato più profondo del biofilm per mancanza di nutrienti, diminuito p. H, p. O 2 e accumulo di metaboliti tossici

Fisiologia Del Biofilm Le cellule sessili hanno accesso limitato a fonti energetiche e difficoltà ad eliminare le scorie cataboliche Nello spessore del biofilm in formazione si determinano condizioni di: PH, perfusione di ossigeno, osmolarità non omogenee Raggiunta una massa critica viene stabilito un equilibrio dinamico: Dalla superficie si generano ondate planctoniche migrano e colonizzano altre zone Le cellule degli strati interni divengono QUIESCENTI Il processo è regolato dal quorum sensing (Costerton, Nature, 2002)

Il processo è regolato dal Quorum Sensing • Quando la popolazione batterica raggiunge una concentrazione critica, una molecola dà il segnale per lo sviluppo del biofilm • Nel biofilm i batteri continuano a comunicare tra loro per controllare l’equilibrio del biofilm e la produzione di fattori di virulenza

Quorum Sensing I batteri hanno evoluto dei sistemi per “contarsi” ed esprimere determinati geni solo quando la loro popolazione raggiunge una determinata dimensione, ovvero un “quorum”. Questo fenomeno consente a tutte le cellule di una popolazione microbica di regolare, in modo coordinato, l’espressione di una serie di geni in funzione della densità della popolazione stessa. Si attua mediante la produzione, secrezione e percezione di molecole segnale specifiche.

Biofilm e Immunità Le cellule sessili rilasciano Antigeni che stimolano la produzione di Anticorpi, ma gli Ac non riescono ad uccidere i batteri all’interno del biofilm Ciò può determinare danno da immunocomplessi nel tessuto circostante Anche nel paziente con eccellente risposta immunitaria cellulare e umorale le infezioni da biofilm sono raramente risolte dai soli meccanismi di difesa dell’ospite Resistenza alla fagocitosi Inibizione dell’attività del complemento

Biofilm e Terapia antibiotica La terapia antibiotica riduce i sintomi causati dalle forme planctoniche rilasciate dal biofilm, ma non riesce ad uccidere le forme sessili Le infezioni da biofilm tipicamente danno recidive dopo trattamento antibiotico finchè la popolazione sessile non è rimossa chirurgicamente

Biofilm: resistenza agli antibiotici 1 -inattivazione dell’antibiotico I batteri all’interno del biofilm possono continuare a produrre enzimi inattivanti 2 -impermeabilità L’antibiotico non riesce a superare la barriera del biofilm 3 - condizioni fisiologiche alterate La ridotta velocità di replicazione determina resistenza a -lattamici e fluorochinoloni La bassa tensione di O 2 e l’accumulo di cationi riducono l’attività degli aminoglicosidi