Meccanismi dellazione patogena dei microrganismi Prof Giovanni Giammanco

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 Morte Malattia grave Malattia lieve (paucisintomatica) Infezione senza malattia (asintomatica) Esposizione senza infezione (Contaminazione)

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% (DL 50%) 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 ØTrasmissione orizzontale Diretta Indiretta • 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) ØTrasmissione verticale • Transplacentare • Perinatale (al momento dell’attraversamento del canale del parto)

Siti d’ingresso dei microrganismi nell’ospite

• localizzate • sistemiche Infezioni

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 Apparato respiratorio • Muco • Epitelio ciliato • Macrofagi alveolari Sistema genito-urinario • Lavaggio urinario • Acidità, urine e vaginale • Lisozima Cute • Barriera anatomica • Secrezioni antimicrobiche 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, glicolipide. P Neisseria gonorrhoeae Fimbrie Ganglioside Treponema pallidum P 1, P 2, P 3 Fibronectina Chlamydia species Lectine superficiali N-acetylglucosamina Mycoplasma pneumoniae Proteina P 1 Acido sialico

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

INVASIVITA’

Fagocitosi

Evasione dalla fagocitosi Fagocitosi Inibizione dell'opsonizzazione (proteina A di S. aureus) Inibizione della fagocitosi (capsula di S. pneumoniae) Inibizione della fusione lisosomiale (M. tuberculosis) Inibizione della chemiotassi Uccisione da parte dei fagociti (S. aureus) Interferone gamma 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)

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

Tossine Eso-tossine

Esotossine • Tossine citolitiche • Tossine A-B • Tossine superantigeniche

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

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

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