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1  Introduzione alla microbiologia medica

Immaginate l’eccitazione del biologo olandese Anton van Leeuwenhoek quando nel 1674, osservando una goccia di

acqua tra le lenti accuratamente smerigliate del suo micro-scopio, scoprì un mondo fatto di milioni di minuscoli “ani-malculi”. Quasi 100 anni dopo, il biologo danese Otto Mül-ler estese gli studi di van Leeuwenhoek e classificò i batteri in generi e specie sulla base dei metodi di classificazione di Carlo Linneo. Questo fu l’inizio della classificazione tasso-nomica dei microbi. Nel 1840, il patologo tedesco Friedrich Henle propose una serie di criteri atti a dimostrare che i mi-crorganismi erano responsabili di patologie umane (la “teo-ria dei germi” come causa di malattia). Negli anni Settanta e Ottanta del XIX secolo, Robert Koch e Louis Pasteur confermarono tale teoria con una serie di raffinati esperi-menti che provavano che i microrganismi erano responsabili di malattie quali antrace, rabbia, peste, colera e tubercolosi. Altri brillanti scienziati continuarono a dimostrare che le patologie dell’uomo erano causate da un gruppo eterogeneo di microbi. L’era della chemioterapia iniziò nel 1910, quan-do il chimico tedesco Paul Ehrlich scoprì il primo agente antibatterico, un composto efficace contro la spirocheta che causa la sifilide. A questo seguì la scoperta della peni-cillina da parte di Alexander Fleming nel 1928, quella della sulfanilammide da parte di Gerhard Domagk nel 1935 e quella della streptomicina da parte di Selman Waksman nel 1943. Nel 1946, il microbiologo americano John Enders fu il primo a coltivare i virus in colture cellulari, aprendo in tal modo la strada alla produzione su larga scala di virus per lo sviluppo dei vaccini. Migliaia di scienziati hanno seguito questi pionieri, ciascuno basandosi su quanto costruito dai propri predecessori e aggiungendo di volta in volta conside-razioni che hanno contribuito alla nostra comprensione dei microbi e del loro ruolo nelle malattie.

Il mondo scoperto da van Leeuwenhoek era complesso, costituito da protozoi e batteri di tutte le forme e dimen-sioni, ma la complessità della microbiologia medica che co-nosciamo oggi supera i limiti della nostra immaginazione. Ora sappiamo che vi sono migliaia di tipi diversi di microbi che vivono dentro, sopra e intorno a noi e che centinaia di essi sono causa di gravi patologie umane. Per comprendere queste informazioni e organizzarle in maniera efficace, è importante capire alcuni degli aspetti basilari della micro-biologia medica. Per cominciare, i microbi sono classifi-cabili nei seguenti quattro gruppi: virus, batteri, funghi e parassiti, ciascuno con il proprio grado di complessità.

Virus

I virus sono le particelle infettive più piccole, con un dia-metro che varia tra i 18 e i 600 nm (la maggior parte è infe-riore a 200 nm e non è visibile al microscopio ottico) (Cap. 44). In genere, i virus contengono acido desossiribonuclei-

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co (DNA) oppure acido ribonucleico (RNA), ma non en-trambi; tuttavia, vi sono alcune particelle simil-virali che non contengono alcun acido nucleico individuabile (ad es. i prioni; Cap. 64), mentre i Mimivirus di recente scoperta contengono sia RNA sia DNA. Gli acidi nucleici virali ne-cessari per la replicazione sono racchiusi in un guscio pro-teico con o senza una membrana lipidica. I virus sono veri e propri parassiti, che richiedono cellule ospiti per potersi replicare. Le cellule che infettano e la risposta dell’ospite a tale infezione dettano la natura della sua manifestazione clinica. Sono state descritte più di 2.000 specie di virus, di cui circa 650 sono in grado di infettare esseri umani e ani-mali. L’infezione può portare alla rapida replicazione virale e distruzione della cellula oppure a una relazione cronica a lungo termine, con possibile integrazione delle informa-zioni genetiche virali nel genoma ospite. Attualmente, vi è una comprensione solo parziale dei fattori che determi-nano il verificarsi dell’uno o dell’altro esito. Ad esempio, l’infezione da virus dell’immunodeficienza umana, l’agente eziologico della sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS), può portare all’infezione latente dei linfociti CD4 o alla replicazione attiva e distruzione di queste cellule così importanti dal punto di vista immunologico. Allo stesso modo, l’infezione può diffondersi ad altre cellule suscet-tibili, ad esempio le cellule microgliali del cervello, provo-cando le manifestazioni neurologiche dell’AIDS. Il virus è la causa determinante della malattia, che può variare dal semplice raffreddore alla gastroenterite, fino a infezioni fatali quali la rabbia, l’ebola, il vaiolo o l’AIDS.

Batteri

I batteri hanno una struttura relativamente semplice. Sono procarioti – cioè organismi unicellulari semplici privi di membrana nucleare, mitocondri, complesso di Golgi o re-ticolo endoplasmatico – che si riproducono per divisione asessuata. La parete cellulare dei batteri è complessa, ed è costituita da una di queste due forme di base: una pa-rete cellulare gram-positiva con uno spesso strato di pep-tidoglicano, e una parete cellulare gram-negativa con un sottile strato di peptidoglicano e una membrana esterna sovrapposta a esso (ulteriori informazioni su questa strut-tura sono contenute nel Capitolo 12). Alcuni batteri non hanno questa struttura della parete cellulare e compen-sano ciò vivendo soltanto all’interno di cellule ospiti o in un ambiente ipertonico. Le dimensioni (da 1 a 20 mm o maggiori), la forma (sferica, bastoncellare, spiraliforme) e la disposizione spaziale (cellule singole, a catenella, a grap-polo) delle cellule è utilizzata per la classificazione preli-minare dei batteri, mentre le loro proprietà fenotipiche e genotipiche costituiscono la base della loro classificazione definitiva. Il corpo umano è abitato da migliaia di specie

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di batteri diversi – alcuni con vita transitoria e altri in con-dizione di parassitismo permanente. Allo stesso modo, l’ambiente che ci circonda, compresa l’aria che respiriamo, l’acqua che beviamo e il cibo che mangiamo, è popolato da batteri, molti dei quali relativamente avirulenti e altri in grado di causare malattie potenzialmente mortali. La malattia può avere origine dagli effetti tossici dei prodotti batterici (ad es. tossine) o dall’invasione da parte dei bat-teri di siti corporei normalmente sterili.

Funghi

La struttura cellulare dei funghi è più complessa di quella dei batteri. Si tratta di organismi eucarioti contenenti un nucleo ben definito, mitocondri, complesso di Golgi e re-ticolo endoplasmatico (Cap. 65). I funghi esistono sotto forma di organismi unicellulari (lieviti), caratterizzati da moltiplicazione asessuata, o filamentosi (muffe), caratte-rizzati da moltiplicazione asessuata e sessuata. La maggior parte dei funghi esiste come lievito o muffa, ma alcuni possono assumere entrambe le morfologie. Si tratta dei funghi dimorfi, tra i quali ricordiamo microrganismi quali Histoplasma, Blastomyces e Coccidioides.

Parassiti

I parassiti sono i microbi più complessi. Nonostante tutti i parassiti siano classificati come eucarioti, alcuni sono uni-cellulari e altri multicellulari (Cap. 76). Essi possono avere dimensioni molto varie, che vanno da quelle dei minuscoli protozoi, con un diametro di 1-2 mm (comune a molti bat-teri), a quelle dei cestodi, che possono raggiungere i 10 m, fino a quelle degli artropodi (insetti). Se si considerano le dimensioni di alcuni di questi parassiti, riesce difficile capi-re come tali organismi siano stati classificati come microbi. Anche il loro ciclo vitale è complesso, con alcuni parassiti che stabiliscono una relazione permanente con gli esseri umani e altri che passano attraverso una serie di stadi di sviluppo in ospiti animali diversi. Tra le difficoltà che de-vono affrontare gli studenti non vi è solo la comprensione dello spettro delle malattie causate dai parassiti, ma anche la valutazione dell’epidemiologia di queste infezioni, essen-ziale per lo sviluppo di una diagnosi differenziale e di un approccio al controllo e alla prevenzione delle parassitosi.

immunologia

Risulta difficile trattare la microbiologia umana senza fare riferimento alle risposte immunitarie innate verso i micro-bi. Le nostre risposte immunitarie innate si sono svilup-pate ed evolute per proteggerci dalle infezioni. Al tempo stesso, i microbi che vivono nel nostro corpo sotto forma di flora o di microrganismi patogeni devono essere in grado di resistere o sfuggire a queste protezioni dell’ospite per un tempo sufficientemente lungo, così da stabilirsi in nic-chie nel nostro corpo o diffondersi in altri ospiti. Il danno periferico che si verifica durante la battaglia tra i sistemi di difesa dell’ospite e i microbi invasori contribuisce alla manifestazione dei sintomi della patologia, o può esserne la causa. In ultima analisi, le risposte immunitarie innate costituiscono il migliore mezzo di prevenzione e cura della patologia microbica.

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Patologia microBica

Una delle ragioni più importanti per studiare i microbi è quella di comprendere le malattie che essi provocano e le modalità di controllo delle stesse. Sfortunatamente, la relazione esistente tra molti organismi e le loro malattie non è semplice. Nello specifico, la maggior parte degli or-ganismi non causa un’unica, ben definita malattia, anche se in certi casi ciò avviene (ad es. Clostridium tetani, tetano; Ebola virus, ebola; varie specie di Plasmodium, malaria). È invece più comune che un particolare organismo pro-duca varie manifestazioni patologiche (ad es. Staphylococ-cus aureus – endocardite, polmonite, infezioni di ferite, intossicazione alimentare) o che vari organismi provochi-no la stessa malattia (ad es. meningite causata da virus, batteri, funghi e parassiti). Inoltre, sono relativamente pochi gli organismi classificabili come sempre patogeni, anche se alcuni appartengono a questa categoria (ad es. virus della rabbia, Bacillus anthracis, Sporothrix schenckii, varie specie di Plasmodium). La maggior parte degli orga-nismi è invece in grado di instaurare una patologia solo in presenza di circostanze ben definite (ad es. l’introduzione di un organismo potenzialmente patogeno in un sito nor-malmente sterile quale il cervello, i polmoni e la cavità peritoneale). Alcune malattie si sviluppano quando un in-dividuo è esposto a organismi provenienti da fonti esterne. In questo caso si parla di infezioni esogene ed esempi di questo tipo di infezioni sono il virus dell’influenza, Clostri-dium tetani, Neisseria gonorrhoeae, Coccidioides immitis ed Entamoeba histolytica. Tuttavia, la maggior parte delle patologie umane è provocata da organismi presenti nella flora microbica dell’individuo stesso, che si diffondono in siti corporei inappropriati, dando luogo alla malattia (infe-zioni endogene ).

L’interazione tra un organismo e il suo ospite umano è complessa e può assumere la forma di una colonizzazione transitoria, di una relazione simbiotica a lungo termine o di una malattia. L’esito di questa interazione è determina-ta dalla virulenza dell’organismo, dal sito di esposizione e dalla capacità dell’ospite di reagire all’organismo. Di con-seguenza, le manifestazioni della malattia possono variare da sintomi lievi a insufficienza di organo e morte. Per una trattazione più approfondita riguardante il ruolo della vi-rulenza microbica e la risposta immunologica dell’ospite si rimanda ai capitoli successivi.

Il corpo umano è ben organizzato per il controllo dell’e-sposizione a microrganismi patogeni. Barriere fisiche im-pediscono l’invasione da parte del microbo; risposte innate riconoscono i modelli molecolari sulle componenti micro-biche e attivano le difese locali e risposte immunitarie spe-cifiche adeguate, che bersagliano il microbo per eliminarlo. Sfortunatamente, spesso la risposta immunitaria è troppo tardiva o troppo lenta. Per migliorare la capacità da par-te del corpo umano di prevenire le infezioni, è possibile rafforzare il sistema immunitario attraverso il trasferimen-to passivo degli anticorpi presenti nei preparati a base di immunoglobuline, o tramite l’immunizzazione attiva con componenti microbiche (antigeni). Le infezioni si control-lano inoltre con una serie di agenti chemioterapici. Pur-troppo i microbi sono in grado di mutare e condividere le informazioni genetiche; quelli che il sistema immunitario non riesce a riconoscere a causa della variazione antigeni-

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ca o che sono resistenti agli antibiotici vengono selezionati e sopravvivono. La battaglia per il controllo tra microbo e ospite quindi prosegue, e nessuna delle due parti è in grado per il momento di dichiararsi vincitrice (anche se i microbi hanno dimostrato una notevole ingenuità). Chiaramente non esiste alcuna “bacchetta magica” in grado di debellare le malattie infettive.

microBiologia diagnostica

Nella diagnosi e nel controllo delle malattie infettive, i la-boratori di microbiologia clinica assumono un ruolo im-portante. Tuttavia, la capacità del laboratorio di svolgere tali funzioni è limitata dalla qualità del campione prelevato dal paziente, dai mezzi con cui questo viene trasportato dal paziente al laboratorio e dalle tecniche utilizzate per dimostrare la presenza del microbo nel campione. Poiché la maggior parte dei test diagnostici si basa sulla capacità del microrganismo di crescere, le condizioni di trasporto devono essere in grado di garantire la vitalità dell’agente patogeno. Inoltre, anche i più sofisticati protocolli di prova sono di scarsa utilità se il campione prelevato non è rap-presentativo del sito di infezione. Tutto ciò può sembrare ovvio, ma molti campioni inviati in laboratorio per essere analizzati, vengono contaminati durante il prelievo dagli organismi che colonizzano le superfici mucose. In presen-za di campioni contaminati, l’interpretazione dei risultati delle analisi è praticamente impossibile, perché la maggior parte delle infezioni è causata da organismi endogeni.

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INTRODUZIONE alla mIcRObIOlOgIa mEDIca     5

ca o che sono resistenti agli antibiotici vengono selezionati e sopravvivono. La battaglia per il controllo tra microbo e ospite quindi prosegue, e nessuna delle due parti è in grado per il momento di dichiararsi vincitrice (anche se i microbi hanno dimostrato una notevole ingenuità). Chiaramente non esiste alcuna “bacchetta magica” in grado di debellare le malattie infettive.

microBiologia diagnostica

Nella diagnosi e nel controllo delle malattie infettive, i la-boratori di microbiologia clinica assumono un ruolo im-portante. Tuttavia, la capacità del laboratorio di svolgere tali funzioni è limitata dalla qualità del campione prelevato dal paziente, dai mezzi con cui questo viene trasportato dal paziente al laboratorio e dalle tecniche utilizzate per dimostrare la presenza del microbo nel campione. Poiché la maggior parte dei test diagnostici si basa sulla capacità del microrganismo di crescere, le condizioni di trasporto devono essere in grado di garantire la vitalità dell’agente patogeno. Inoltre, anche i più sofisticati protocolli di prova sono di scarsa utilità se il campione prelevato non è rap-presentativo del sito di infezione. Tutto ciò può sembrare ovvio, ma molti campioni inviati in laboratorio per essere analizzati, vengono contaminati durante il prelievo dagli organismi che colonizzano le superfici mucose. In presen-za di campioni contaminati, l’interpretazione dei risultati delle analisi è praticamente impossibile, perché la maggior parte delle infezioni è causata da organismi endogeni.

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Il laboratorio è inoltre in grado di determinare l’attività antimicrobica di agenti chemioterapici selezionati, ma il valore di questi test è limitato. Il laboratorio deve testare esclusivamente gli organismi in grado di causare la malattia e solo gli antimicrobici rilevanti dal punto di vista medico. Testare tutti gli organismi isolati o una selezione indiscrimi-nata di farmaci può portare a risultati fuorvianti con conse-guenze potenzialmente pericolose. Vi è il rischio non solo di curare un paziente in maniera inadeguata con antibiotici non necessari, ma anche di non riconoscere il vero organi-smo patogeno tra tutti gli organismi isolati e testati. Infi-ne, la determinazione in vitro della suscettibilità di un mi-crorganismo a vari antibiotici è solo uno degli aspetti di un quadro piuttosto complesso. La virulenza dell’organismo, la sede di infezione e la capacità del paziente di reagire all’in-fezione influenzano anch’essi l’interazione ospite-parassita, e vanno quindi considerati nella pianificazione della terapia.

sintesi

È molto importante tenere presente che la nostra cono-scenza del mondo microbico è in continua evoluzione. Come i primi microbiologi, che hanno basato le loro sco-perte su quanto costruito dai loro predecessori, così noi e le generazioni future continueremo a scoprire nuovi mi-crobi, nuove malattie e nuove terapie. I seguenti capitoli intendono fornire delle nozioni di base che possono essere impiegate per la comprensione dei microbi e delle patolo-gie da essi causate.

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2 Flora microbica commensale e patogena nell’uomo

La microbiologia medica è lo studio delle interazioni tra animali (principalmente esseri umani) e micror-

ganismi, quali batteri, virus, funghi e parassiti. Sebbene l’interesse primario sia rivolto alle patologie causate da tali interazioni, bisogna anche considerare il fatto che i microrganismi hanno un ruolo importante nella so-pravvivenza umana. La normale popolazione di microbi commensali partecipa al metabolismo dei prodotti ali-mentari, fornisce fattori di crescita essenziali, protegge dalle infezioni causate da microrganismi estremamente virulenti e stimola la risposta immunitaria. In assenza di questi microrganismi, la vita così come noi la conosciamo non sarebbe possibile.

La flora microbica presente dentro e sul nostro corpo si trova in uno stato di continuo mutamento, determinato da una serie di fattori, quali età, abitudini alimentari, stato ormonale, salute e igiene personale. Mentre il feto umano vive in un ambiente protetto e sterile, il neonato è esposto a microbi provenienti dalla madre e dall’ambiente. La cute del neonato viene colonizzata per prima, seguita dall’oro-faringe, dal tratto intestinale e dalle altre superfici mucose. Nel corso della vita di un individuo, questa popolazione di microbi cambia continuamente.

Cambiamenti di salute possono alterare drasticamente il delicato equilibrio mantenuto tra i microrganismi etero-genei che coesistono in noi.

Ad esempio, un ricovero in ospedale può portare alla sostituzione di organismi normalmente avirulenti presenti nell’orofaringe con bacilli gram-negativi (ad es. Klebsiella, Pseudomonas) che possono invadere i polmoni e provo-care una polmonite. In maniera simile, i batteri endogeni presenti nell’intestino limitano la crescita di Clostridium difficile nel tratto intestinale. A seguito di prolungato trat-tamento antibiotico, tuttavia, questa flora endogena viene eliminata e C. difficile può iniziare a proliferare e causare malattie diarroiche e colite.

L’esposizione di un individuo a un microrganismo può portare a uno di questi tre risultati. L’organismo può (1) colonizzare la persona in maniera transitoria, (2) colonizza-re la persona in maniera permanente o (3) produrre malat-tia. Innanzitutto è importante comprendere la differenza esistente tra colonizzazione e malattia. (Nota: molti usano in modo inappropriato il termine infezione come sinonimo di entrambi i termini.) I microrganismi che colonizzano gli esseri umani (per un breve periodo, come qualche ora o qualche giorno [transitorio] o in modo permanente) non interferiscono con le normali funzioni corporee. Al contra-rio, la malattia si instaura quando l’interazione tra micror-ganismo e ospite esita in un processo patologico a carico di quest’ultimo. Tale processo può essere generato da fattori microbici (ad es. un danno a carico di più organi causato dalla proliferazione del microbo o dalla produzione di tos-

sine o enzimi citotossici) oppure dalla risposta immunita-ria dell’ospite al microrganismo (ad es. la patologia legata alle infezioni da coronavirus nella sindrome respiratoria acuta grave [Severe Acute Respiratory Syndrome, SARS] è causata principalmente dalla risposta immunitaria del paziente al virus).

La comprensione della microbiologia medica richiede la conoscenza non solo delle diverse classi di microbi, ma anche della loro propensione a causare malattia. Un nu-mero limitato di infezioni è provocato da agenti patogeni obbligati (ossia microrganismi che causano sempre patolo-gie nell’uomo).

Alcuni esempi di patogeni obbligati e delle malattie che causano sono Mycobacterium tuberculosis (tubercolosi), Neisseria gonorrhoeae (gonorrea), Francisella tularensis (tularemia), Plasmodium spp. (malaria) e il virus della rabbia (rabbia). La maggior parte delle infezioni umane è causata da agenti patogeni opportunisti, ossia micror-ganismi che fanno tipicamente parte della flora micro-bica normale del paziente (ad es. Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans). Si tratta di organismi che non producono malattie nel loro ambiente abituale, ma stabiliscono delle patologie quando vanno a inserirsi in habitat differenti. I fattori specifici responsabili della vi-rulenza degli agenti patogeni obbligati e opportunisti sono descritti nei capitoli successivi. Se il sistema immunitario di un paziente è carente, quel paziente sarà più suscettibile alle patologie causate da agenti patogeni opportunisti.

La popolazione microbica che colonizza il corpo uma-no è numerosa e diversificata. Le nostre conoscenze sulla composizione di questa popolazione si basano attualmente su metodi colturali globali; tuttavia, si stima che solo una ridotta proporzione di microbi possa essere coltivata. Per comprendere meglio la popolazione microbica, è stato av-viato un progetto su larga scala, il Progetto Microbioma Umano (Human Microbiome Project, HMP), il cui obietti-vo è la caratterizzazione completa dell’ambiente microbico umano e l’analisi del suo ruolo nella genesi delle patologie. È attualmente in corso l’analisi sistematica, tramite tecni-che genomiche, della cute e di tutte le superfici mucose del corpo umano. La fase iniziale di questo studio è stata completata nel 2012 e ne è emersa tutta la complessità del microbioma umano, costituito da molti organismi non individuati precedentemente e sottoposto a cambiamenti dinamici nella malattia. Per informazioni più aggiornate su questo studio, si visiti il sito internet dell’HMP: http://nihroadmap.nih.gov/hmp/. Per la presente edizione di Mi-crobiologia Medica, le informazioni contenute in questo capitolo si basano su dati raccolti da colture sistematiche, considerando sempre che quello che conosciamo oggi può essere molto diverso da quanto apprenderemo nei prossi-mi 5 anni.

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Flora microbica commensale e patogena nell’uomo 7

la catarrhalis e alcune Enterobacteriaceae possono trovar-si nel tratto respiratorio superiore. L’isolamento di questi microrganismi da un campione prelevato dal tratto respi-ratorio superiore non ne definisce la patogenicità (si ricor-di il concetto di colonizzazione vs malattia) . Il loro coinvol-gimento in un processo patologico deve essere dimostrato dall’esclusione di altri agenti patogeni. Ad esempio, con l’eccezione di S. pyogenes, questi microrganismi sono ra-ramente responsabili di faringite, sebbene possano essere isolati da pazienti affetti da tale patologia. S. pneumoniae, S. aureus, H. influenzae e M. catarrhalis sono microrgani-smi spesso associati a infezioni delle cavità nasali.

OrecchioIl microrganismo che colonizza più comunemente l’orec-chio esterno è Staphylococcus coagulasi-negativo. Altri mi-crorganismi che colonizzano la cute sono stati isolati da questo sito, insieme ad agenti potenzialmente patogeni quali S. pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa e membri della famiglia delle Enterobacteriaceae.

OcchioLa superficie dell’occhio è colonizzata da stafilococchi coagulasi-negativi e da sporadici microrganismi che si tro-vano nel nasofaringe (ad es. Haemophilus spp., Neisseria spp., streptococchi viridanti). Le patologie in tale sede sono solitamente causate da S. pneumoniae, S. aureus, H. influenzae, N. gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis, P. ae-ruginosa e Bacillus cereus.

Tratto respiratorio inferioreIn genere laringe, trachea, bronchioli e tratto respiratorio inferiore sono sterili, ma può verificarsi una colonizzazione transitoria per secrezioni provenienti dal tratto respira-torio superiore. I batteri più virulenti presenti nel cavo orale (ad es. S. pneumoniae, S. aureus, membri della fa-miglia delle Enterobacteriaceae quali Klebsiella) possono provocare patologie acute del tratto respiratorio inferio-re. L’aspirazione cronica può portare a una malattia poli-microbica nella quale gli anaerobi sono i principali agenti patogeni, in particolare Peptostreptococcus, cocchi anae-robi affini e bacilli gram-negativi anaerobi. Funghi quali C. albicans sono raramente causa di malattie a carico del tratto respiratorio inferiore, ed è necessario dimostrare l’invasione da parte di questi microrganismi nel tessuto per escludere la semplice colonizzazione. Al contrario, la presenza dei funghi dimorfi (ad es. Histoplasma, Cocci-dioides e Blastomyces spp.) è di importanza diagnostica, perché la colonizzazione asintomatica di questi organismi non avviene mai.

TraTTo gasTroinTesTinale

Il tratto gastrointestinale viene colonizzato dai microbi alla nascita e rimane l’habitat di una popolazione diversificata di microrganismi per tutto il corso della vita dell’ospite (Box 2.2). Sebbene l’opportunità di colonizzazione da parte di nuovi microrganismi si verifichi quotidianamen-te attraverso l’ingestione di cibo e acqua, la popolazione microbica rimane relativamente costante, a meno che non intervengano fattori esogeni, come ad esempio una terapia antibiotica, a rompere tale equilibrio.

TraTTo respiraTorio e capo

Bocca, orofaringe e nasofaringe

Il tratto respiratorio superiore è colonizzato da numerosi microrganismi, con un rapporto di 10-100 anaerobi per ciascun batterio aerobio (Box 2.1). I batteri anaerobi più comuni sono Peptostreptococcus e cocchi anaerobi affini, Veillonella, Actinomyces e Fusobacterium spp. I batteri aerobi più comuni sono Streptococcus, Haemophilus e Neisseria spp. La proporzione relativa di questi micror-ganismi varia a seconda del sito anatomico; ad esempio, la flora microbica presente sulla superficie di un dente è piuttosto diversa da quella presente nella saliva o negli spazi sottogengivali.

La maggior parte dei microrganismi comuni del tratto respiratorio superiore è avirulenta e raramente associata a malattia, a meno che non si introduca in siti normalmen-te sterili (ad es. cavità nasali, orecchio medio e cervello). Anche organismi potenzialmente patogeni, tra cui Strep-tococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, S. aureus, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, Moraxel-

Microbi più comuni che colonizzano il tratto respiratorio superiore

BatteriAcinetobacterActinobacillusActinomycesCardiobacteriumCorynebacteriumEikenellaEnterobacteriaceaeEubacteriumFusobacteriumHaemophilusKingellaMoraxellaMycoplasmaNeisseriaPeptostreptococcusPorphyromonasPrevotellaPropionibacteriumStaphylococcusStreptococcusStomatococcusTreponemaVeillonellaFunghiCandidaParassitiEntamoebaTrichomonas

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zione di lavaggio dell’urina evacuata. Le altre strutture del sistema urinario dovrebbero essere sterili, a meno che non vi sia una patologia in atto o un’anomalia anatomica. Allo stesso modo, anche l’utero dovrebbe rimanere libero dalla presenza di microrganismi.

Uretra anterioreLa popolazione commensale dell’uretra è costituita da una varietà di microrganismi, i più numerosi dei quali sono lattobacilli, streptococchi e stafilococchi coagulasi-nega-tivi. Questi microrganismi sono relativamente avirulenti e raramente associati a patologie nell’uomo. Al contrario, l’uretra può essere colonizzata in maniera transitoria da microrganismi fecali quali Enterococcus, Enterobacteria-ceae e Candida, tutti in grado di invadere le vie urinarie, moltiplicarsi nelle urine e indurre patologie significative. Patogeni quali N. gonorrhoeae e C. trachomatis sono cause comuni di uretrite e possono persistere come colonizzatori asintomatici dell’uretra. L’isolamento di questi due mi-crorganismi da campioni clinici deve essere sempre con-siderato significativo, indipendentemente dalla presenza o meno di sintomatologia.

VaginaLa popolazione microbica della vagina è più diversificata e notevolmente influenzata da fattori ormonali. Le neona-te vengono colonizzate da lattobacilli alla nascita e questi

Microbi più comuni che colonizzano il tratto genitourinario

BatteriActinomycesBacteroidesBifidobacteriumClostridiumCorynebacteriumEnterobacteriaceaeEnterococcusEubacteriumFusobacteriumGardnerellaHaemophilusLactobacillusMobiluncusMycoplasmaPeptostreptococcusPorphyromonasPrevotellaPropionibacteriumStaphylococcusStreptococcusTreponemaUreaplasmaFunghiCandida

BOx 2.3 popolazione microbica può variare notevolmente come numero e diversità in pazienti che ricevono farmaci in gra-do di neutralizzare o ridurre la produzione di acidi gastrici.

Intestino tenueRispetto alla porzione anteriore del canale alimentare, l’in-testino tenue viene colonizzato da numerosi e diversi tipi di batteri, funghi e parassiti . Molti di questi microrganismi sono anaerobi, come Peptostreptococcus, Porphyromonas e Prevotella. Batteri che causano comunemente gastroente-rite (ad es. Salmonella e Campylobacter spp.) possono es-sere presenti in piccole quantità come residenti asintoma-tici; tuttavia la loro individuazione nel laboratorio clinico indica generalmente una patologia.

Se l’intestino tenue è ostruito, ad esempio dopo un intervento di chirurgia addominale, può verificarsi una condizione detta sindrome dell’ansa cieca. In questo caso, la stasi dei contenuti intestinali porta alla colonizzazione e proliferazione dei microrganismi tipicamente presenti nell’intestino crasso, con conseguente sindrome da malas-sorbimento.

Intestino crassoL’intestino crasso contiene più microbi di qualsiasi altra parte del corpo umano. Si stima una quantità di oltre 1011 batteri per grammo di feci, con i batteri anaerobi in ecces-so di oltre 1.000 volte. Nell’intestino crasso possono risie-dere anche numerosi lieviti e parassiti non patogeni. Tra i batteri più comuni vi sono Bifidobacterium, Eubacterium, Bacteroides, Enterococcus e la famiglia delle Enterobacte-riaceae. E. coli è presente praticamente in tutti gli esseri umani dalla nascita alla morte. Sebbene rappresenti meno dell’1% della popolazione intestinale, esso è il microrgani-smo aerobio più comunemente responsabile di patologie intraddominali.

Allo stesso modo, Bacteroides fragilis è un membro minore della flora intestinale, ma è l’anaerobio più comu-nemente responsabile di patologie intraddominali. Al con-trario, Eubacterium e Bifidobacterium sono i batteri più comuni nell’intestino crasso, ma solo raramente causano malattia. Questi microrganismi sono privi dei vari fattori di virulenza che si trovano invece in B. fragilis.

La terapia antibiotica può alterare rapidamente la po-polazione microbica, causando la proliferazione di micror-ganismi antibiotico-resistenti, quali Enterococcus, Pseudo-monas e funghi. C. difficile può crescere velocemente in tale situazione, causando patologie che vanno dalla diarrea alla colite pseudomembranosa. Anche l’esposizione ad altri agenti patogeni enterici, quali Shigella, E. coli enteroemor-ragica ed Entamoeba histolytica, può rompere l’equilibrio della flora microbica del colon e causare patologie intesti-nali significative.

apparaTo geniTourinario

In generale, l’uretra anteriore e la vagina sono le uniche aree anatomiche dell’apparato genitourinario a essere co-lonizzate da microbi in maniera permanente (Box 2.3). Sebbene la vescica urinaria possa essere colonizzata tran-sitoriamente da batteri provenienti per via ascendente dall’uretra, è probabile che essi siano rapidamente elimina-ti dall’attività battericida delle cellule uroepiteliali e dall’a-

EsofagoI batteri orofaringei e i lieviti, insieme ai batteri che co-lonizzano lo stomaco, possono essere isolati dall’esofago; tuttavia, si ritiene che la maggior parte dei microrganismi siano colonizzatori transitori che non si stabiliscono in via permanente. Raramente i batteri causano malattie dell’e-sofago (esofagite); la maggior parte delle infezioni è pro-vocata da Candida spp. e da virus come il virus herpes simplex e il cytomegalovirus.

StomacoPoiché lo stomaco contiene acido cloridrico e pepsinoge-no (secreti dalle cellule parietali e dalle cellule principali che rivestono la mucosa gastrica), gli unici microrganismi presenti sono piccole quantità di batteri acido-tolleranti, come i batteri che producono acido lattico (Lactobacillus e Streptococcus spp.) e Helicobacter pylori, che rappresen-ta una delle cause di gastrite e di malattia ulcerativa. La

Microbi più comuni che colonizzano il tratto gastrointestinale

BatteriAcinetobacterActinomycesBacteroidesBifidobacteriumCampylobacterClostridiumCorynebacteriumEnterobacteriaceaeEnterococcusEubacteriumFusobacteriumHaemophilusHelicobacterLactobacillusMobiluncusPeptostreptococcusPorphyromonasPrevotellaPropionibacteriumPseudomonasStaphylococcusStreptococcusVeillonellaFunghiCandidaParassitiBlastocystisChilomastixEndolimaxEntamoebaIodamoebaTrichomonas

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Flora microbica commensale e patogena nell’uomo 9

batteri predominano per circa 6 settimane. Quindi, dopo che gli estrogeni materni sono diminuiti, la flora vaginale si modifica e inizia a includere stafilococchi, streptococ-chi ed Enterobacteriaceae. Quando, all’inizio della puber-tà, comincia la produzione di estrogeni, la flora microbica cambia nuovamente.

I lattobacilli riemergono come microrganismi predomi-nanti e vengono isolati molti altri microrganismi, tra cui stafilococchi (S. aureus meno comunemente delle specie coagulasi-negative), streptococchi (compreso lo Strepto-coccus di gruppo B), Enterococcus, Gardnerella, Mycopla-sma, Ureaplasma, Enterobacteriaceae e una grande varie-tà di batteri anaerobi. N. gonorrhoeae è causa comune di vaginite.

In assenza di questo microrganismo, si sviluppano nu-merosi casi in cui l’equilibrio dei batteri vaginali si inter-rompe, portando a una diminuzione del numero di latto-bacilli e un aumento del numero di Mobiluncus e Gardne-rella. Anche Trichomonas vaginalis, C. albicans e Candida glabrata sono cause importanti di vaginite. Sebbene il vi-rus herpes simplex e il papillomavirus non possano essere considerati membri della flora abituale dell’apparato ge-nitourinario, tali virus sono in grado di stabilire infezioni permanenti.

CerviceSebbene la cervice non venga normalmente colonizzata dai batteri, N. gonorrhoeae e C. trachomatis rappresentano cause importanti di cervicite. Anche Actinomyces è in gra-do di produrre patologie in questo sito.

cuTe

Nonostante numerosi microrganismi entrino in contatto con la superficie cutanea, questo ambiente relativamente ostile non supporta la sopravvivenza della maggior parte dei microrganismi (Box 2.4).

I batteri gram-positivi (ad es. Staphylococcus coagulasi-negativo e, meno frequentemente, S. aureus, corinebatteri e propionibatteri) sono i microrganismi più comuni sulla

Microbi più comuni che colonizzano la cute

BatteriAcinetobacterAerococcusBacillusClostridiumCorynebacteriumMicrococcusPeptostreptococcusPropionibacteriumStaphylococcusStreptococcusFunghiCandidaMalassezia

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zione di lavaggio dell’urina evacuata. Le altre strutture del sistema urinario dovrebbero essere sterili, a meno che non vi sia una patologia in atto o un’anomalia anatomica. Allo stesso modo, anche l’utero dovrebbe rimanere libero dalla presenza di microrganismi.

Uretra anterioreLa popolazione commensale dell’uretra è costituita da una varietà di microrganismi, i più numerosi dei quali sono lattobacilli, streptococchi e stafilococchi coagulasi-nega-tivi. Questi microrganismi sono relativamente avirulenti e raramente associati a patologie nell’uomo. Al contrario, l’uretra può essere colonizzata in maniera transitoria da microrganismi fecali quali Enterococcus, Enterobacteria-ceae e Candida, tutti in grado di invadere le vie urinarie, moltiplicarsi nelle urine e indurre patologie significative. Patogeni quali N. gonorrhoeae e C. trachomatis sono cause comuni di uretrite e possono persistere come colonizzatori asintomatici dell’uretra. L’isolamento di questi due mi-crorganismi da campioni clinici deve essere sempre con-siderato significativo, indipendentemente dalla presenza o meno di sintomatologia.

VaginaLa popolazione microbica della vagina è più diversificata e notevolmente influenzata da fattori ormonali. Le neona-te vengono colonizzate da lattobacilli alla nascita e questi

Microbi più comuni che colonizzano il tratto genitourinario

BatteriActinomycesBacteroidesBifidobacteriumClostridiumCorynebacteriumEnterobacteriaceaeEnterococcusEubacteriumFusobacteriumGardnerellaHaemophilusLactobacillusMobiluncusMycoplasmaPeptostreptococcusPorphyromonasPrevotellaPropionibacteriumStaphylococcusStreptococcusTreponemaUreaplasmaFunghiCandida

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10 introDuZione

DomanDe

1. Qualèladifferenzatracolonizzazioneemalattia?

2. Riportarealcuniesempidipatogeniobbligatiedipatogeniopportunisti.

3. Qualifattoriregolanolepopolazionimicrobichedegliorganismichecolonizzanogliesseriumani?

Le risposte ai quesiti sono disponibili su www.mediquiz.it

BiBliograFia

Balows A, Truper H: The prokaryotes, ed 2, New York, 1992, Springer-Verlag.

Murray P: Human microbiota. In Balows A, et al, editors: Topley and Wilson’s microbiology and microbial infections, ed 10, London, 2005, Edward Arnold.

Murray P, Shea Y: Pocket guide to clinical microbiology, ed 3, Washington, DC, 2004, American Society for Microbiology Press.

superficie cutanea. Clostridium perfringens viene isolato sulla cute di circa il 20% degli individui sani, e anche i funghi Candida e Malassezia si trovano sulla superficie cutanea, in particolare nelle zone umide.

Gli streptococchi sono in grado di colonizzare la cute in modo transitorio, ma gli acidi grassi volatili prodotti dai propionibatteri anaerobi sono tossici per questi microrga-nismi.

A eccezione di Acinetobacter e di alcuni altri generi meno frequenti, solitamente non vengono effettuate col-ture di bacilli gram-negativi dalla cute umana. Prima si pensava che l’ambiente fosse troppo ostile per permettere la sopravvivenza di questi microrganismi; tuttavia, l’HMP ha rivelato che i bacilli gram-negativi non sottoponibili a coltura possono essere i microrganismi più diffusi sulla su-perficie cutanea.

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