Interazione ospiteparassita PATOGENESI BATTERICA GLI ANIMALI E LUOMO

Interazione ospite-parassita: PATOGENESI BATTERICA

GLI ANIMALI E L’UOMO OSPITANO UN NUMERO ESTREMAMENTE ELEVATO DI MICRORGANISMI. § TALE COLONIZZAZIONE AVVIENE AL MOMENTO DELLA NASCITA E PERMANE PER TUTTA LA VITA DELL’INDIVIDUO. § IN LINEA GENERALE SI PUO’ AFFERMARE CHE I BATTERI RESIDENTI IN UN ORGANISMO NON HANNO EFFETTI DANNOSI FINO A CHE SI TROVANO NEL DISTRETTO ANATOMICO CHE RAPPRESENTA LA LORO ABITUALE “residenza” MENTRE POSSONO ESSERE CAUSA DI INFEZIONI QUANDO SI DIFFONDONO NELL’ORGANISMO LOCALIZZANDOSI IN ALTRI DISTRETTI ANATOMICI.

Flora microbica “normale” (o microbiota residente) § La colonizzazione microbica ha inizio al momento della nascita: § Colonizzazione “selettiva” (cute, mucose) del neonato da parte della flora vaginale materna § Dopo alcune settimane, flora neonatale flora adulto § L’insieme di microrganismi residente in un determinato sito anatomico viene indicato come flora “normale” (o residente) § Composta da più di 200 specie § Bacteria > Funghi eucarioti, protisti § Tessuti interni (cervello, sangue, muscolo) sono fisiologicamente “sterili”

Flora microbica “normale”

SIMBIOSI § Mutualismo: sia il microrganismo che l’ospite traggono beneficio dall’interazione § mutualismo tra varie specie batteriche § Commensalismo: il microrganismo vive nell’ospite senza provocare alcun danno § Parassitismo: il microrganismo (parassita) vive su/all’interno dell’ospite a spese di quest’ultimo (danno) PARASSITI FACOLTATIVI PARASSITI OBBLIGATI possono sopravvivere nell’ambiente esterno come organismi autonomi; sono capaci di sopravvivere solo nell’organismo ospite.

PATOGENESI BATTERICA § Interazione ospite -parassita: § Commensalismo § Mutualismo § Parassitismo

La patogenicità non è la regola; in effetti, si manifesta con una frequenza così bassa, coinvolgendo un numero di specie talmente circoscritto, considerata la straordinaria diffusione dei batteri sul nostro pianeta, da rappresentare un’anomalia. La malattia è dovuta solitamente a “trattative” per la simbiosi tra organismi che non vanno a buon fine, a un superamento della linea di separazione da una parte o dall’altra, a una “errata interpretazione” biologica dei rispettivi “confini” - Lewis Thomas

Interazione “ospite-microrganismo” Il rapporto tra ospite (uomo) e microrganismo è, generalmente, una simbiosi di tipo mutualistico e/o commensale: • Vantaggi per il microrganismo: § § Sorgente di nutrienti Habitat ideale per la crescita e la divisione cellulare • Vantaggi per l’ospite: § Assorbimento di vitamine (vit. K, biotina, riboflavina) prodotte da batteri intestinali § possibile inversione del rapporto simbiontico § Prevenzione della colonizzazione di patogeni § produzione di batteriocine (strept. viridanti vs S. pyogenes, N. meningitidis, M. tuberculosis) e tossine, variazione Eh (produzione intestinale di acidi grassi a catena corta) § produzione di Ab, stimolazione fagociti, dimuzione nutrienti

Competizione tra flora microbica “normale” e microrganismi patogeni

Lactobacillus acidophilus Fermenta glicogeno secreto dalle cellule epiteliali vaginali, riducendo così il p. H ambientale a valori (~ 4. 5) incompatibili con la crescita di gran parte dei microrganismi. In equilibrio con Candida albicans. Azione antifungina mediata dalla sintesi di perossido di idrogeno.

Equilibrio ospite-microrganismo § Flora “normale” = condizione dinamica § Fattori che influenzano l’equilibrio ospitemicrorganismo: § Debilitazione fisica § maggiore presenza di Gram-negativi nell’orofaringe di soggetti malati (vs soggetti sani) § Dieta § assenza di carboidrati si traduce in riduzione di lattobacilli e S. mutans orali. P. aeruginosa in verdure; Candida albicans, C. tropicalis, Torulopsis glabrata in succhi di frutta § Terapia antibiotica § Interferisce sul processo di adesione § Seleziona ceppi antibiotico-resistenti § Infezioni virali respiratorie § Facilitano la colonizzazione batterica della mucosa (superinfezioni)

Adattamenti della flora “normale” § Tropismo tessutale: preferenza o predilezione per la colonizzazione di uno specifico tessuto: § § § Corynebacterium diphteriae - faringe Neisseria gonorrhoea - epitelio urogenitale Streptococcus mutans - superficie dentale Vibrio cholerae, E. coli – epitelio intestino Staphylococcus aureus - naso Staphylococcus epidermidis - cute § Colonizzazione specifica di un particolare tessuto o superficie mediante ligandi (adesine) che interagiscono con specifici recettori. § Organizzazione in “biofilm” su superfici tessutali o colonizzazione di biofilms preformati.

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

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

Fattori di virulenza § Conviene ricondurli alle principali categorie § Adesine § V. cholerae, E coli, Salmonella spp, N. gonorrheae, N. meningitidis, Streptococcus pyogenes, … § Invasine § Rickettsie, Clamidie, S. typhi; Shigelle; …. § Capsule e microcapsule antifagocitarie § S. pneumoniae § Parassitismo facoltativo nei fagociti § M. tuberculosis, Brucelle, S. typhi, F. tularensis, …

Proteine batteriche extracellulari che possono essere considerate INVASINE

Fattori di virulenza § Leucocidine § S. aureus; S. pyogenes; P. aeruginosa, … § Siderofori § P. aeruginosa, …. § Enzimi istolitici § Clostridi della gangrena gassosa § s. Ig. A proteasi § Neisserie, … § Mimetismo e variabilità antigene § B. recurrentis; N. gonorrhoeae; Plasmodi; S. aureus

Competizione tra le cellule dell’ospite ed i patogeni batterici per il ferro dimostrando l’importanza dei siderofori

Controllo genetico I fattori di virulenza e di patogenicità possono essere intrinseci, cioè far parte del genoma della specie, o possono essere acquisiti, con uno dei vari meccanismi di trasferimento genico. [trasformazione, coniugazione, trasduzione, conversione lisogena] Possono risiedere nel cromosoma, o possono risiedere in elementi genetici accessori.

Schema di acquisizione

Le principali strutture coinvolte nel trasferimento genico orizzontale di un gene di patogenicità PAIs Tn Fagi Plasmide

ISOLE DI PATOGENICITA’ Ø Ø Ø Ø Ø Contengono uno o più geni di virulenza Sono presenti solo nei ceppi patogeni Sono di grandi dimensioni 10 -200 kb Hanno un diverso contenuto in G+C (recente HTG) Sono spesso inserite in geni per t. RNA Sono fiancheggiate da sequenze di DNA direttamente ripetute (DR) Sono associate a elementi genetici mobili Sono instabili Rappresentano strutture a mosaico (Dobrindt et al. , 2004)

Le Isole di Patogenicità si possono excidere dal genoma attraverso ricombinazione tra le sequenze presenti nelle sequenze direttamente ripetute (DR)

Ipotetico ciclo di vita delle isole genomiche

FATTORI DI VIRULENZA CODIFICATI DALLE PAI 1. sistemi di escrezione 2. interferenza con il sistema immune 3. adesività e colonizzazione 4. modulatori di funzioni della cellula ospite 5. internalizzazione 6. sopravvivenza/moltiplicazione intracellulare 7. sottrazione di nutrienti ( es: ferro)

A. The cag island of H. pylori harbors genes for a type IV secretion system that can translocate the toxin Cag. A into human cells, B. B. The SP-1 island of S. typhimurium encodes a type III secretion system, secreted proteins and regulatory proteins. C. The HPI island of Y. enterocolitica has genes that encode a iron uptake system D. The v. SAL island of multiple drug-resistant S. aureus (MRSA) encodes a remarkably high number of enterotoxins.

Non soltanto Pathogenicity Island : il fenomeno coinvolge altri gruppi di geni Genomic Island Geni di virulenza Pathogenicity island Uropathogenic E. coli Geni per la simbiosi Symbiosis Island Geni per l’utilizzazione di zuccheri Metabolic Island Geni per la resistenza ad uno o più antibiotici Mesorhizobium loti Salmonella senftenberg Resistance Island Staphylococcus aureus