Azione patogena dei microrganismi

Prof. Piergiorgio Catalanotti

marzo 2015

Un microrganismo patogeno è un microrganismo capace di indurre malattia in un organismo vivente.

La patogenicità è la capacità di un microrganismo di indurre malattia.

I batteri esprimono la loro patogenicitàmediante la loro virulenza.

La virulenza dei microrganismi è il grado di patogenicità.

Simbiosi

• dal greco συμβίωσις(σύν «con, insieme» e βιoς «vita»

• interazione biologica piuttostointima, di lungo termine, fra dueo più organismi di specie differenti

Rapporti ospite - microrganismi

beneficio per ospite e microrganismo

Bacteroides spp.

Commensalismo

Parassitismo

Mutualismo

Rapporti ospite - microrganismi

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beneficio per il microrga-nismo senza danno all‛ospite

Bacteroides spp.E. coli

Rapporti ospite - microrganismi

Commensalismo

Parassitismo

Mutualismo

• Stomaco• Lactobacillus, Streptococcus, • Enterobacteriaceae, • 103CFU/g

• Duodeno-digiuno• Lactobacillus, Streptococcus, • Bifidobacterium, Staphylococcus,• Funghi• 102-105CFU/g• Ileo-cieco• Bifidobacterium, Bacteroides, • Lactobacillus, Streptococcus, • Clostridium, Funghi• 103–109CFU/g

beneficio per il solo microrganismo a danno dell‛ospite (παράσιτος)

Entamoeba hystolitica

Rapporti ospite - microrganismi

Commensalismo

Parassitismo

Mutualismo

Opportunismopatogenicità condizionata

• ospite compromesso• dismicrobismo

• cambiamento di sede• E. coli e UTI

• antibiotici(C. difficile e colite pseudomembranosa)

• abuso di saccarosio(S. mutans e carie dentale)

• S. sanguis e endocardite

• vaginosi

Rapporti ospite - microrganismi

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Vie di diffusione dei microrganismi

Vie di diffusione dei microrganismi

Vie di diffusione dei microrganismi

Vie di diffusione dei microrganismi

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103-109105-1010109-1012105-108102-104103-107104-107Colon

0102-104

0103-106

0103-107

0-103

103-108

0-102

102-105

0-103

102-105

0-103

102-105

Intestino tenue

0000-1020-1020-1030-103Stomaco

clostridilatto-bacilliBacteroidesE. colistafilo-

cocchilatto-bacilli

strepto-cocchi

AnaerobiAerobi e anaerobi facoltativi

Microbiota intestinale residente

Staphylococcus epidermidisCorynebacterium spp.Escherichia coli Mycobacterium smegmatis

Staphylococcus epidermidisCorynebacterium spp.Escherichia coliEnterobacteriaceae spp.Mycobacterium smegmatisLactobacillus spp.Streptococcus spp.PeptostreptococcusBacteroidesVeillonellaCandida

uretra maschile uretra femminile

Microbiota urinario residente

I lattobacilli mettono in attouna serie di meccanismi

per svolgere un effetto protettivoa difesa della mucosa vaginale

dall‛aggressione dei microbi patogeni

Inibizione dell‛adesionedei patogeni Inibizione della

crescitadei patogeni

Inibizione della moltiplicazione

dei patogeni

J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002

Microbiota vaginale residente

Inibizione dell‛adesione dei patogenialla mucosa vaginale

I lattobacilli si legano in modo specifico e aspecificoalle cellule epiteliali della mucosa vaginale...

Recettore

Microrganismipatogeni

Legami specificicon recettori epiteliali

Legami aspecifici(forze elettrostatiche)

… ed impediscono ai microrganismi patogenidi trovare liberi i siti di legame e quindi aderire alla mucosa vaginale

Celluleepiteliali

Mucosavaginale

Lattobacilli

Lattobacilli

J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002WWW.SUNHOPE.IT

I lattobacilli si legano alla fibronectina del fluido vaginalee producono biosurfattante...

Fibronectinadel fluido vaginale

LattobacilliMicrorganismi

patogeni

Secrezione di biosurfactante

… ulteriori meccanismi che impediscono ai microrganismi patogenidi aderire alla mucosa vaginale

Lattobacilli

Mucosa vaginale Mucosa vaginale

Legame specifico

J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002

Inibizione dell‛adesione dei patogenialla mucosa vaginale

I lattobacilli sintetizzano sostanze fondamentaliper il mantenimento di un corretto equilibrio

nell‛ecosistema vaginale...

…in quanto agiscono come fattori di difesacontro l’insorgenza di infezioni microbiche

Lattobacilli

Acido lattico

Bassi valori di pH

3,5 - 4,0

H202

Effetto battericida

su alcuni ceppi

Competizione per fonti nutrizionali

Proprietàantibiotiche

Ad es. privazionedi arginina

(anaerobi)

Batteriocine

estrogeni ±

J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002

Inibizione della crescita dei patogeni

I lattobacilli interagiscono con diversi ceppidi microrganismi patogeni (es. C. albicans, E. coli )...

… e rilasciano un fattore (APF)che favorisce la co-aggregazione tra lattobacilli e patogeni

Inibizione della proliferazionedi alcuni microrganismi patogeni

per CO-AGGREGAZIONE

Microrganismopatogeno

APF

Rilascio di APF(Aggregation Promoting Factor)

Lattobacilli

APF

+

Lattobacilli

Microrganismopatogeno

J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002

Inibizione della moltiplicazione dei patogeni

Lattobacilli

La diminuzionedella presenza di lattobacilli

e dell‛ azione antagonista contro i germi patogeni...

…favorisce l’instaurarsi di infezioni opportunistiche

Lo sq

uilibr

io

Ecosist

ema

vagin

ale

germi potenzialmente

patogeni* alloctoni* autoctoni

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Bacteroides spp.Fusobacterium spp.Peptostreptococcus spp.

anaerobi (105-107/g di secreto)

Streptococcus spp MicrococcusStaphylococcus aureusS. epidermidis (mucosa nasale)LattobacilliBranhamella catarrhalisNeisseria

aerobi (104-105/g di secreto)nasofaringeadulto

Actinomiceti

streptococchialtri batteri

dopo 24 h e nel bambino

sterileentro 24 h dalla nascita

microbiota respiratorio residentesoggetti

Microbiota respiratorio residente

Haemophilus influenzaeStreptococcus pneumoniaeNeisseria meningitidisCorynebacteriumMicoplasmi

residenti di altre nicchiePseudomonasEnterobacteriaceae

patogeni opportunisti

Entamoeba gingivalisTrichomonas tenax

protozoiCandida albicans

micetinasofaringeadultomicrobiota respiratorio residentesoggetti

Microbiota respiratorio residente

Escherichia coliPseudomonas aeruginosaKlebsiella pneumoniaeFlavobacterium

cadavere

S. viridansS. aureusS. epidermidisPropionibacterium acnesHaemophilus spp.

adulto

S. aureusS. epidermidisStreptococcus viridansMoraxella catarrhalis

bambino

Staphylococcus spp.Haemophilus spp.Neisseria spp (apatogene)Corynebacterium

neonatomicrobiota congiuntivale residentesoggetti

Microbiota congiuntivale residente

Contaminazione• Contatto, senza moltiplicazione

Colonizzazione

• Moltiplicazione nel sito dell‛ospite

Progressione dell‛interazione

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Infezione• Stato di equilibrio tra imeccanismi offensivi delmicrorganismo e quelli difensividell‛ospite

• Stato di portatore

Sistemi di difesa

dell‛ospite

Sistemi di offesa del

microrganismo

Progressione dell‛interazione

Malattia• Prevalenza dei fattori offensividel batterio per l‛elevata caricae/o per il suo elevato potenzialedi patogenicità

Sistemi di difesa

dell‛ospite

Sistemi di offesa del

microrganismo

Progressione dell‛interazione

Patogenicità• Capacità di un microrganismodi indurre malattia

• Dose infettante 50 % (ID50)Virulenza

• Grado di patogenicità• Dose minima letale 50 % (DML50)

Invasività• Capacità di moltiplicazione invivo

Meccanismo dell‛azione patogena

ADESINE Consentono il legame di un microrganismo ai tessuti dell‛ospite

IMPEDINE Permettono al microrganismo di evadere uno o piùmeccanismi di difesa dell‛ospite

AGGRESSINE Causano danno diretto all‛ospite (enzimi, esotossine)

MODULINE Provocano danni indiretti all‛ospite modulando la rete delle citochine; es. LPS (lipopolisaccaride), porine, LTA (acido lipoteicoico), TA (acido teicoico), peptidoglicano, etc.

INVASINE Rendono il microrganismo capace di invadere cellule o tessuti dell‛ospite

Fattori di virulenza batterica

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Fimbrie di Enterobacteriaceae che si legano specificamente al mannosio dei recettori sulle cellule dell‛epitelio della vescica

Fimbrie di tipo 1

Filamenti proteici della superficie batterica che funzionano come adesine

Fimbrie

Macromolecola complementare su una struttura eucariotica che si lega a una specifica adesina

Recettore

Struttura di superficie o macromolecola che consente l‛attacco di un batterio a una specifica superficie

Adesina

descrizioneFattori di aderenza

Terminologia dei fattori di aderenza batterica (1)ADESINE

Struttura cellulare facolativa, ben definita, di natura polisaccaridica (eccezionalmente polipeptidica) con effetti simili al glicocalice

Capsula

Strato esopolisaccaridico prodotto da alcuni batteri, rsponsabile della adesione alle superfici e della evazone della fagocitosi

Glicocalice

Pilo specializzato che trasmette materiale genetico da una cellula all‛altra nella coniugazione

Pilo sessuale

descrizioneFattori di aderenza

Terminologia dei fattori di aderenza batterica (2)ADESINE

Fimbrie

ADESINE

Aderenza di E. coli a cellule HeLa

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Colorazione Giemsa Microscopia elettronica, SEM

Dopo 2 h di incubazione si notano numerosi batteri adesisulla superficie cellulare.

Aderenza di E. coli a cellule Hep2

Pattern di aderenza a Hep2

Trabulsi L. R. et al. Emerging Infectious Disease, 2002

Pedroso M.Z. et al. Infect. Immun. 1993

ADESINE

Slime

P. Catalanotti et al. 2005

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Formazione del biofilm

Annual Review of Microbiology, 2002

1. Contatto e adesione reversibile (flagelli e motilità)2. Adesione irreversibile (fimbrie e polisaccaride PGA)3. Formazione microcolonie e inizio formazione biofilm

(motilità, antigene 43, acido colanico, polisaccaride PGA)4. Maturazione (ac. colanico, Curli, pili coniugativi)5. Dispersione batteri (flagelli e motilità)

1 2 3 4 5

5

Coagulasi

Slime

Test coagulasi

IMPEDINE

Capsula

Proteasi

INVASINE

idrolizza l‛acido ialuronicoIaluronidasi

Chinasila streptochinasi lisa i coaguli di sangue

Emolisine

Neuraminidasiin S. pneumoniae attacca le glicoproteine ei glicolipidi delle membrane

AGGRESSINE

EsotossineT. citolitiche

Enterotossine

T. pantrope

T. neurotrope

Biken test (LT di ETEC)

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MODULINE

endotossina dei batteri Gram negativiLipopolisaccaride

Effetti biologici del lipopolisaccarideATTIVAZIONE DEL COMPLEMENTO

(via classica e via alternativa) LPS

TNF e altri mediatori

INFIAMMAZIONE

FIBRINOLISI

Fattore di Hageman

Fattore di Hageman attivato

Proattivatore del plasminogeno

Plasminogeno attivato

Pre PTA

PTA

COAGULAZIONE IPOTENSIONE

Precallicreina

Callicreina

Chininogeno

Bradichinina

Plasminogeno Plasmina

MODULINE

Porine

Effetti biologici delle porine

• rilascio di citochine infiammatorie dalinfomonociti

• attivazione del complemento

• effetto procoagulante su trombina,fibrinogeno o su entrambi

• rilascio di PAF da PMN, cellule mesangialie HUVEC

• inibizione dell‛attività immunitaria innata

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MODULINE

costituente prevalente della paretecellulare dei batteri Gram positiviattivazione del complementoliberazione di IL-1 e di TNFα

Peptidoglicano

Acido lipoteicoco (LTA)costituente prevalente della paretecellulare dei batteri Gram positiviattivazione del complementoliberazione di IL-1 e di TNFα

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