La malattie infettive sono causate

Da poche specie che hanno evoluto adattamenti specifici per il parassitismo

Da situazioni che favoriscono l’attecchimento di specie non adattate

Patogeno: Una specie microbica che abbia EVOLUTO STRATEGIE DI ADATTAMENTO volte a parassitare un ospite

Una specie patogena è «professionale»

Il potere patogeno è un attributo della specie, e viene definito dalla precisazione dell’ospite

Vibrio cholerae è patogeno per l’uomo;

Aeromonas salmonicida è patogeno per i pesci

I microrganismi che non hanno evoluto strategie particolari per il parassitismo

Saprofiti (ambiente) Commensali (associati a viventi)

Patogeno: Una specie microbica che abbia evoluto strategie di adattamento volte a parassitare un ospite

Una specie patogena «adattata» è definita «patogeno primario»

Gli strumenti e le strategie sono diversi da specie a specie ma l’esito è lo stesso

batteri commensali o ambientali, in situazioni particolari che ne permettono la moltiplicazione, o in distretti dove abitualmente non sono presenti

Possono provocare infezioni e si definiscono «patogeni opportunisti»

In questo caso la patogenicità non dipende dall’evoluzione di abilità specifiche, ma dalle circostanze

vomito

In mezzo ai commensali si possono nascondere potenziali insidie

L’ospite è considerato un PORTATORE

A volte, anche l’equilibrio tra alleati è molto difficile e faticoso da mantenere…

ALTERAZIONI DELL’EQUILIBRIO

DISMICROBISMI RISPOSTA ALTERATA

PERMEABILITA’ ALTERATA

MALATTIA

Possibile prevalenza o attecchimento di specie dannose

Possibile “invasione di campo” da parte di commensali

Il potere patogeno è un attributo della specie, e viene definito dalla precisazione dell’ospite

Vibrio cholerae è patogeno per l’uomo;

Aeromonas salmonicida è patogeno per i pesci

All’interno di una specie patogena il grado di espressione della patogenicità, in un determinato

ceppo, ne definisce la virulenza..

Anche quando è avirulento, un ceppo appartenente a una specie patogena

continua a essere considerato patogeno

1. Il parassita si ritrova in tutti i casi di una determinata malattia, in circostanze tali da far ritenere che esso sia responsabile delle alterazioni patologiche e

del decorso clinico della malattia

2. Il parassita non si ritrova in altre malattie come parassita non patogeno

3. Dopo il suo isolamento dal malato e ripetuti passaggi in vitro, il parassita deve riprodurre la malattia, se inoculato

4 (?) il microrganismo deve essere reisolato dall’animale infettato sperimentalmente

La complessità e la varietà dei fattori di virulenza sono state da sempre oggetto di studio

La definizione del “potere patogeno” è stata considerata tenendo conto delle sole potenzialità dei microrganismi

“postulati di Koch” (1890)

Ma già all’epoca di Koch erano evidenti eccezioni come

Il colera: V. cholerae può essere isolato anche da individui sani (non è valido il secondo postulato)

La lebbra: M.leprae non si coltiva in vitro (non è applicabile il terzo postulato)

Da allora molti altri casi di difficile definizione sono stati messi in evidenza, anche perché la situazione della medicina è

profondamente cambiata dai tempi di Koch

L’interazione ospite-parassita è complessa: non si può prescindere dal considerare entrambi gli organismi coinvolti

DIFESE ADATTATIVE Difese a ponte

Intermedie NK + B-B1

Linfociti B, linfociti T BARRIERE,

INFIAMMAZIONE

RAPIDITA’

SPECIFICITA’

COMPLEMENTO

DIFESE INNATE

VANNO QUINDI CONSIDERATE SIA LE DIFESE DELL’OSPITE SIA I FATTORI DI VIRULENZA DEL PATOGENO

OSPITE…

I neutrofili “pattugliano” i tessuti

NORMALITÀ

Possono fagocitare particelle estranee, lentamente

In mancanza di segnali di pericolo vanno in apoptosi rapidamente

Pericolo Segnale chemotattico migrazione

Alla concentrazione massima del segnale la mobilità cessa

Segnale di pericolo Infiammazione

Le sentinelle sono i PRR Pattern

Recognition

Receptors

LE CELLULE DELL’IMMUNITA’ INNATA HANNO GLI STESSI PPR

OGNI TIPO DI PPR E’ IDENTICO NELLE CELLULE DI UN INDIVIDUO (gene presente nella linea germinale)

I PPR possono essere situati: sulla membrana All’interno dei vacuoli fagocitari Nel citoplasma o essere solubili (es. opsonine)

TLR-Toll like receptors NRL Nod-like receptors

L’INTERRUTTORE E’ IL PATTERN RICONOSCIUTO DAI PPR

ON

OFF

Microbe

Associated

Molecular

Pattern

Si stima che il sistema immunitario innato ne riconosca CIRCA 1000

IN CONDIZIONI DI NORMALITÀ IL MECCANISMO DELL’INFIAMMAZIONE

DEVE ESSERE INATTIVO NORMALITA’

OFF

INFEZIONE ON

Ogni PPR riconosce un MAMP

I MAMP sono strutture essenziali per la cellula batterica

ON

OFF

COLITE PSEUDOMEMBRANOSA

Clindamicina Lincomicina, antibiotici attivi sugli

anaerobi

Modificazioni del microbiota

Espansione di Clostridium difficile

Cefalosporine di III generazione, largo spettro,

molto attive

Una specie quantitativamente poco rappresentata ma presente nel microbiota intestinale del 40% circa

della popolazione

antitumorali (metatressato)

Senza la presenza del microbiota concomitante C. difficile, naturalmente resistente a questi farmaci, si moltiplica e produce tossine, causando la

colite pseudomembranosa

TLR1

TLR4 TLR6 TLR2

TLR5

TLR7

TLR9

TLR8

TLR3

FAGOSOMA

Dominio TIR (Toll and interleukin 1 Receptor) intracellulare

Dominio LRR Leucine Rich Repeat

LPS

flagellina

Lpp batteriche + LTA

LRR NOD1

LRR NOD2

Prodotti di degradazione del peptidoglicano

DNA batterico

dsRNA

ssRNA

peptidoglicano + Lpp batteriche

RUBOR: Aumentato flusso

sanguigno

TUMOR: Edema

CALOR: iperemia e >metabolismo cellulare

DOLOR: Mediatori chimici e compressione dei nervi

Aulo Cornelio Celso (25 a.C. - 50 d.C.)

RICONOSCIMENTO MAMP INFIAMMAZIONE ACUTA

FUNCTIO LAESA:

Rudolf L. K. Virchow 1821 –1902

Acquisizione di geni (isole di patogenicità fagi, plasmidi, ICE…..)

Perdita di geni

Modificazioni del genoma

Strategie di parassitismo

PER UNA SPECIE MICROBICA, EVOLVERE UNO STILE DA PATOGENO COMPORTA

Nutrienti semplici solubili (zuccheri..) Ferro Nutrienti complessi (glicogeno..)

Nell’organismo ospite i nutrienti solubili scarseggiano

I batteri capaci di utilizzare quelli complessi sono favoriti

L’acquisizione di alcuni geni metabolici, se favorisce l’adattamento all’ambiente ospite, può aumentare la virulenza

L’urina non è un terreno colturale del tutto idoneo per i batteri acidità

concentrazione di urea

osmolarità alta e variabile

bassa concentrazione di nutrienti + scelta limitata

AMINOACIDI

PICCOLI PEPTIDI

Scarsità di carboidrati

I ceppi UPEC sono in grado di utilizzare la D-serina, tossica per i ceppi commensali

Deaminandola grazie a una D-serina deaminasi (DsdA) piruvato

L’inattivazione di DsdA abbassa la virulenza del ceppo

! *#

Un esempio di questo vantaggio è la particolare capacità evoluta dai ceppi UPEC

Nella corsa al ferro chi ha il sideroforo migliore parte avvantaggiato

Molto spesso i geni per i siderofori sono su elementi mobili o su PAI

Ceppi di E. coli, Salmonella e Shigella hanno acquisito questo gene per LGT

E. aerogenes, produce un sideroforo molto potente, l’aerobactina

Che però è sequestrata dalla lipocalina-2 dell’ospite

Uno dei siderofori più comuni tra gli enterobatteri è l’enterobattina

Fe

In una delle PAI di Salmonella c’è il gene per la salmochelina, una forma glicosilata non riconosciuta dalla lipocalina-2 ma neppure dai recettori per l’enterobattina

Salmonella però ha acquisito anche il gene per un recettore

alternativo

Fe

acquisire è essenziale

Ma anche liberarsi di qualcosa può essere molto utile..

Per evolvere verso il parassitismo, i “GENI DI AVIRULENZA” vanno eliminati

Non sì può essere veramente professionali in due stili di vita divergenti

La via dell’evoluzione è costellata di scelte

I cambiamenti che accompagnano l’adozione di uno stile di vita da patogeno, rivelano geni di ANTIVIRULENZA nei patogeni emergenti

L’eliminazione patoadattativa di questi loci migliora la fitness nel nuovo stile di vita

Es. UPEC: espressione adesine fimbriali Vantaggio per l’infezione ridotta fitness in situazioni non patologiche

l’evoluzione verso la patogenesi diventa via via sempre più conveniente

ma, contemporaneamente, può ridurre quella nello stile precedente

studi sui virotipi di Escherichia coli, e i dati molecolari accumulati su

cromosoma

Plasmide di virulenza (shigella)

Hanno dimostrato che le “specie” di Shigella si sono evolute all’interno della specie E. coli, attraverso

GLI STESSI MECCANISMI HANNO PORTATO AI VIROTIPI DI E. COLI

Acquisizione/perdita del plasmide pINV

Infezioni da batteriofagi

Acquisizione/perdita di caratteri metabolici

Riarrangiamenti del genoma

EVOLUZIONI PATOADATTATIVE:

EIEC e Shigella sono Lisina Decarbossilasi-negativi

inattivazione di enterotossine

V I R

L D C

EIEC e Shigella EPEC EHEC

+

A D E S I O N E

Inibizione di intimina

INATTIVAZIONE DEI LOCI DI ANTIVIRULENZA

Hanno perso i geni biosintetici per l’acido quinolinico, un intermedio della via biosintetica, che inibisce diverse funzioni correlate alla virulenza

passaggio da cellula a cellula Invasione di cellule HeLa migrazione transepiteliale dei PMN indotta dal patogeno

Ac. quinolinico

EIEC e Shigella, invece, sono auxotrofi per l’acido nicotinico

La maggior parte dei batteri lo sintetizza

L’acido nicotinico (niacina, vit.B3) è essenziale per la sintesi dei coenzimi NAD e NADP indispensabili per tutti gli esseri viventi

OmpT è una proteasi di membrana di origine fagica

Degrada IcsA, la proteina che polimerizza l’actina dell’ospite in Shigella e in EIEC

Questo gene, infatti, è andato perso nel cromosoma di Shigella e dei ceppi EIEC

OmpT OmpT OmpT

ompT è un gene di antivirulenza: la sua espressione ostacolerebbe la mobilità intracellulare di questi patogeni

Tutto ciò che favorisce l’espressione della patogenicità va considerato un fattore di virulenza

“relatività” del concetto di patogenesi riconsiderare la definizione di “Fattore di virulenza”

Una versione molecolare dei postulati di Koch, enunciata da Falkow recita:

Il fattore di virulenza deve essere presente nel patogeno

Inattivare un gene di virulenza comporta una diminuzione della

virulenza stessa

La reversione dell’inattivazione deve ripristinare la virulenza

Il gene di virulenza deve essere espresso nel corso dell’infezione

Patogeno obbligato ospite-dipendente

Rickettsia Mycoplasma

Patogeno virulento ospite-dipendente

M. tuberculosis B. pertussis

Isolamento della popolazione Perdita di ricombinazione

Patogeno virulento a ristretto spettro d’ospite

S. Typhi

Specializzazione verso un ospite

Acquisizione di PAI

Perdita massiva di geni, accumulo di pseudogeni, decadimento del genoma

Ancestrale benigno, a vita libera

E. coli

Patogeno a largo spettro

E. coli O157H7 S. Typhimurium B. bronchiseptica

M. leprae

LA STRADA VERSO LA PATOGENESI PUO’ ESSERE LUNGA

Patogeno

NON patogeno tRNA

Molti geni che codificano fattori di virulenza possono trasferirsi orizzontalmente e si trovano spesso nelle PAI (PAthogenesis Islands)

Le PAI sono presenti solo nei ceppi virulenti e hanno una struttura a mosaico, frutto di diversi e successivi eventi di integrazione; il contenuto G+C è

diverso dal resto del cromosoma

tRNA mobA int virA virB

DR DR

IL PROCESSO COMPORTA SPESSO L’ACQUISIZIONE DI TRATTI PER TGO

(trasferimento genico orizzontale)

Progresso evolutivo della formazione di PAI

tempo

nei geni delle integrasi si verificano mutazioni puntiformi

inattivazione/delezione nei geni di mobilita’

nei geni inattivati si creano vaste delezioni

I codoni nei geni estranei si adattano al resto del cromosoma

Un fago o un plasmide si integra nel cromosoma

int vir mob

int vir mob

int vir mob

vir

vir

vir Dopo molto tempo restano solo i geni di virulenza, integrati nel cromosoma

IL PRIMO PASSO VERSO L’INFEZIONE E’ IL SUPERAMENTO DELLE BARRIERE

o con la propagazione attraverso vettori

la cute puo’ essere superata attraverso lesioni anche minime

PER LE MUCOSE SONO ESSENZIALI I FATTORI DI ADESIONE

I patogeni usano proteine specifiche (adesine) per legarsi alle mucose e non essere allontanati

La cellula batterica e la cellula ospite sono entrambe cariche negativamente

SI RESPINGONO

Questo, per un batterio patogeno, è un problema!

Per superare la repulsione le adesine sono localizzate sull’estremità delle FIMBRIE (PILI)

Appendici proteiche composte di piccole subunità di pilina

batteri privi di fimbrie non possono colonizzare

non sono in grado di infettare

CURLI

Fimbrie arricciate osservate in virotipi di E. coli e in salmonelle

Strutturalmente e biochimicamente identiche alle fibre amiloidi eucariotiche

legano fibronectina o proteine circolanti (plasmina), e soprattutto il complesso maggiore di istocompatibilità di classe I (MHC I)

I batteri che li possiedono aderiscono a superfici biologiche e artificiali

La curlina si libera nell’ospite e ha una moderata attività tossica

poro formato da PilQ

assemblaggio della fibra

Disassemblaggio della fibra

Anche i pili di DI TIPO IV possono aiutare a superare le forze repulsive

Il pilo si aggancia alla superficie e si “contrae” trascinando la cellula

Si possono aggregare a formare fasci

ELUSIONE DELLE DIFESE DELL’OSPITE

IMPEDIRE L’ATTIVAZIONE DEL COMPLEMENTO

Es. Neisseria meningitidis (meningococco) produce una capsula che contiene acido sialico, presente

anche sulle cellule umane

Neisseria gonorrhoeae (non capsulata) produce un lipo-oligosaccaride (LOS) strutturalmente simile agli sfingolipidi della membrana cellulare umana, scarsamente riconoscibile come estraneo. Il LOS viene anche sialilato in vivo, usando molecole dell’ospite

STRATI S

MASCHERAMENTO DEI RECETTORI PER IL COMPLEMENTO

Impedire la penetrazione del M.A.C

Es. Salmonella: rivestimenti esterni

REPRIMERE L’ATTIVAZIONE Poxvirus: contiene una proteina che inattiva quella adibita al controllo

dell’attivazione di C’

PREVENZIONE DELLA FAGOCITOSI

INIBIZIONE DEL RICHIAMO DEI PMN

MODULAZIONE NEGATIVA DELLA PRODUZIONE DI MOLECOLE

CHEMOTATTICHE

VARIAZIONE DI ANTIGENI SUPERFICIALI

OSTACOLO AL RICONOSCIMENTO

PARALIZZARE IL CITOSCHELETRO DI ACTINA DEI FAGOCITI

OSTACOLO ALLA FAGOCITOSI

CIRCONDARSI DI UNA CAPSULA VISCOSA (BATTERI DIFFUSI

DAL SANGUE)

Es. Yersinia pseudotuberculosis

L’ESPLOSIONE DEI LISOSOMI NEL CITOPLASMA

microrganismi relativamente resistenti agli enzimi lisosomiali, come per es. Streptococcus pyogenes

UCCISIONE DEI FAGOCITI

Sono in grado di causare..

Tradizionalmente, i batteri patogeni sono divisi in due grandi categorie

TOSSIGENICI INVASIVI

tendono a restare localizzati e agiscono a distanza per mezzo di

esotossine

producono in genere sostanze extracellulari (anche tossine) che

facilitano l’invasione

capaci di moltiplicarsi velocemente e diffondere nell’organismo

ESOTOSSINE

rilasciate dalla cellula

azione anche a distanza

LE TOSSINE BATTERICHE SONO DIVISE IN

v

ENDOTOSSINE (Gram-negativi)

Associate alla cellula /frazione lipidica della

membrana esterna

Le endotossine possono essere liberate da cellule

in crescita attiva

Da una lisi (difese immuni/antibiotici)

E agire a distanza, trasportate da sangue o linfa

Le esotossine possono ancora essere suddivise per

BERSAGLIO STRUTTURA

MECCANISMO

Endotossine diverse condividono gli stessi effetti

BERSAGLIO

TOSSINE NEUROTROPE, le cui cellule bersaglio sono localizzate nel sistema nervoso centrale o periferico (Es. tetanica, botulinica) ENTEROTOSSINE, attive a livello

delle cellule della mucosa intestinale (es colerica)

TOSSINE PANTROPE, in grado di danneggiare qualsiasi cellula in possesso di recettori idonei a fissare la tossina (Es. Difterica)

TOSSINE

ESOTOSSINE

CITOLISINE

TOSSINE A,B

TOSSINE SUPERANTIGENE

ENDOTOSSINA

FRAZIONE LIPIDICA della membrana

esterna

Produzione di citochine

% attivazione 1: 10.000

Linfocita T

TCR

Macrofago

MHC-II

Risposta normale: l’antigene processato da una cellula APC è presentato su MHC-II

TCR è molto selettivo: il legame con l’antigene-MHC è

breve e specifico

interagisce con il recettore TCR, di cui lega 2 regioni variabili, specifiche

Cascata di chinasi

Attivazione e moltiplicazionedei linfociti T

RISPOSTA ADATTATIVA

SUPERANTIGENI

% attivazione 1: 5

I superantigeni interagiscono con una porzione di MHC-II che non partecipa alla presentazione dell’antigene e si legano a una sola regione variabile di TCR

Linfocita T

TRC

Macrofago

MHC-II

Attivazione abnorme elevatissima secrezione di citochine e interleuchine shock (SIRS)

tossine superantigene sono prodotte da stafilococchi, streptococchi, micoplasmi (monodermi) eYersinia pseudotuberculosis (diderma)

Mancata risposta adattativa

le esotossine dei microrganismi tossigenici

sono:

necessarie per la malattia

non indispensabili per la vitalità del microrganismo

Altrettanto chiaro è il COINVOLGIMENTO delle tossine

pertussica

tetanica

botulinica

Shiga

carbonchiosa

la loro inattivazione coincide con l’abolizione della virulenza

Le tossine proteiche sono fortemente antigeniche, è stato quindi possibile ottenere:

ANTITOSSINE

TOSSOIDI

ANATOSSINE

anticorpi specifici che possono bloccarne l’attività

Esotossine che hanno perso l’attività tossica per invecchiamento; restano antigeni vaccini

Tossoidi ottenuti con trattamenti artificiali (vaccini antitetanico e antidifterico)

Ogni esotossina di tipo II ha un meccanismo d’azione caratteristico

La tossina tetanica e la tossina botulinica hanno una struttura molto simile e agiscono entrambe sul tessuto nervoso

Ma provocano effetti opposti

TETANO BOTULISMO Paralisi spastica Paralisi flaccida

La tossina difterica è una NAD+-diftamide ADP-ribosiltransferasi tagliando la diftamide175 (nel fattore EF2 dei mammiferi

La tossina colerica e la tossina pertussica agiscono da adenil-ciclasi, con recettori diversi e differenti proprietà biologiche….

TOSSINE PROTEICHE (ESOTOSSINE) proteine solubili prodotte da batteri vivi durante la fase

esponenziale di crescita sono i veleni più potenti per l’uomo

Le specie batteriche che producono esotossine causano in genere malattie in cui la tossina ha un ruolo importante

Letalità delle tossine proteiche in confronto a quelle di alcuni veleni

Tossina Dose Tossica

(mg/Kg) ospite (X) Rispetto alla dose tossica di:

stricnina endotossine Veleno di serpente

botulinica 0,8 x 10-8 topo 3 x 106 3 x 107 3 x 105

tetanica 4,0 x 10-8 topo 1 x 106 1 x 107 1 x 105

Neurotossina Shigella

2,3 x 10-6 coniglio 1 x 106 1 x 107 1 x 105

difterica 6,0 x 10-5 cavia 2 x 103 2 x 104 2 x 102

Ogni esotossina ha un meccanismo d’azione caratteristico

La tossina tetanica e la tossina botulinica hanno struttura simile e agiscono entrambe sul tessuto nervoso

Ma provocano effetti opposti

TETANO BOTULISMO

Blocco dei neuroni inibitori

Paralisi spastica

Blocco della placca motrice

Paralisi flaccida

subunità A: responsabile dell’attività biologica

B A

B

MOLTE ESOTOSSINE HANNO UNA STRUTTURA A,B

La componente biologica della tossina resta inattiva finchè non si libera dalla tossina nativa

A

subunità B: lega il recettore, e trasporta “A” nella cellula

La maggior parte delle tossine di tipo A/B è esportata attraverso il sistema di secrezione di tipo II

TIPO A/B

Subunità sintetizzate insieme nello stesso peptide

Sito di taglio

COOH

NH2

S S

es. Tetanica, botulinica, difterica-

..

TIPO A+B : le subunità sono sintetizzate separatamente e si associano a livello del bersaglio

A2 A1

B B

es. tossina carbonchiosa

TIPO A-B : le subunità sono sintetizzate separatamente ma si associano prima del legame al loro bersaglio

A CTX (colera), PTX (pertosse),

LT (E. coli ETEC), STX (Shiga toxin)

“A-5B” indica che il dominio di legame è formato da 5 subunità identiche

Tossine che agiscono nella cellula:

la subunità B si lega al recettore e forma un poro attraverso cui la subunità A entra nel citoplasma

(es. Colera)

INGRESSO DIRETTO

INGRESSO INDIRETTO

la tossina nativa entra nella cellula in un endosoma. Il pH si abbassa causando la

separazione di A e B; la subunità B provoca il rilascio di A nel citoplasma attraverso la

membrana dell’endosoma (es. Antrace)

A A

(C. tetani C. botulinum) entrambe metallo-proteasi a zinco bersaglio diverso manifestazioni diverse

«B»: adsorbita dalle terminazioni dei neuroni

motori, risale verso midollo spinale e tronco cerebrale

«A» si libera e scinde le proteine SNARE, essenziali per il rilascio dei

mediatori

BLOCCO DEI NEURONI INIBITORI: CONTRAZIONE SPASTICA

Raggiunge le sinapsi inibitorie che rilasciano acido γ-butirrico e glicina

BO-TOX (7 tipi antigenici da A a G)

adsorbita dalla mucosa intestinale

blocca il rilascio dell’acetilcolina dalla placca motrice,scindendo

le proteine SNARE

PARALISI FLACCIDA

TE-TOX (1 tipo antigenico)

Celeberrima raffigurazione di un caso di tetano, risalente alle campagne napoleoniche

C. tetani è un batterio ubiquitario e sporigeno, ogni individuo non vaccinato può contrarlo a seguito di ferite, anche di lieve entità, morsi o beccate di animali,

graffi causati da spine di piante… L’unica difesa sicura è la prevenzione vaccinale. La mortalità nei casi di tetano è di circa il 45%.

In Italia, importante causa di mortalità, anche materno-

infantile, fino all’inizio degli anni 60, quando fu introdotta la vaccinazione obbligatoria

Come conseguenza dell’elusione dell’obbligo vaccinale, i casi di tetano in età infantile, non

registrati per molti anni, sono riapparsi

LA TOSSINA DIFTERICA (A/B) ADP-ribosila la diftamide (istidina modificata) nel fattore EF2 dei mammiferi

La sua dose letale è di 0,1 μg/Kg

INIBIZIONE DELLA SINTESI PROTEICA

TOSSINA DI SHIGA (A-5B)

taglia (3′) l’rRNA 28s (sub. 60S)

impedendo il legame dell’aminoacil-tRNA al sito A

60S

28s 28s

B

B B

La tossina si lega al recettore Si internalizza in un

vacuolo ricoperto di clatrina

L’ endosoma si acidifica, il dominio T cambia conformazione

e si insinua nella membrana

la frazione attiva si libera nel citoplasma

ADP-ribosila il fattore EF2 e uccide la cellula

ALCUNE ESOTOSSINE PROVOCANO L’ALTERAZIONE DEL CONTENUTO DI cAMP

stimolatorie (Gs) Esempio tossina colerica

2) Con un’attività adenilato-ciclasica diretta

Esempio fattore dell’edema (B. anthracis)

1) Attraverso la modulazione delle proteine G

inibitorie (Gi) Esempio tossina pertussica

tossina CT Vibrio cholerae), tossina LT (E. coli ETEC)

A2

Attivazione adenilato ciclasi

cAMP, cAMP…

H2O, elettroliti

Le subunità B si legano al recettore GM1

internalizzano la subunità A

Il glutatione intracellulare riduce “A” nei frammenti A1 ed A2

A1 si lega ad α(s) bloccandola in stato attivato

α(s)

α(i)

ALTERAZIONE DEL CONTENUTO DI cAMP

MECCANISMO D’AZIONE-2

Molte altre enterotossine, e la tossina della pertosse, hanno struttura e meccanismo simili

A2

PA PA

Protective antigen ( sub “B”) si lega al recettore

una proteasi di membrana stacca un frammento di 20 kDa che lascia esposto un sito di legame

63 63

LF EF

LF e EF (due sub “A”) competono per il legame

LA TOSSINA CARBONCHIOSA HA UN DOPPIO MECCANISMO (due subunità “A”)

un processo di endocitosi recettore-mediato, porta i complessi in un endosoma Le subunità «A» si liberano nel citoplasma quando l’endosoma si acidifica

LF EF

LF inibisce le MAP-chinasi e altera il metabolismo della cellula al punto da ucciderla

EF, attivata dalla calmodulina, agisce da

adenilciclasi

Per essere efficaci le tossine secrete devono attraversare la membrana

Attraverso la membrana interna: -SEC (sistema generale di traslocazione) -TAT /twin arginine traslocase

SEC-dipendenti T2SS, T5SS (T4SS)

SEC-indipendenti T1SS T3SS (T4SS)

Traslocazione attraverso la membrana esterna (didermi)

Traslocano proteine che sono state portate al periplasma da SEC

Traslocano proteine direttamente senza l’intervento di SEC

Le specie che modificano il citoscheletro delle cellule dell’ospite

Shigella, Salmonella e EPEC (uno dei virotipi di E. coli)

Possiedono in genere uno o più sistemi di secrezione di tipo III (TTSS)

In alcuni patogeni enterici, i sistemi di secrezione di tipo III traslocano negli enterociti le proteine responsabili delle alterazioni del citoscheletro

I virotipi di E. coli enteropatogeni ed enteroemorragici (EPEC ed EHEC): restano all’esterno della cellula ospite

ma intimamente connessi alla superficie cellulare

Il sistema di secrezione III trasloca il recettore Tir nella cellula ospite, mentre le fimbrie vengono perse

Dopo la prima adesione, mediata da fimbrie specifiche

“Tir” ha una struttura a forcina con due domini transmembrana e un loop per l’attacco dell’intimina

N C

L’intimina si lega a due molecole contigue del recettore Tir

il contatto provoca la fosforilazione di Tir e induce una cascata che porta alla formazione del «piedistallo»

La conseguente perdita dei microvilli causa una diarrea da malassorbimento

E attiva il trasferimento di CagA che, all’interno delle cellule epiteliali, viene fosforilato

Helicobacter pylori possiede un T4SS: l’adesina CagL, situata all’estremità del pilo, interagisce con un’integrina

Un altro microrganismo che provoca la formazione di piedistallo è Helicobacter pylori, con un meccanismo diverso, mediato da un T4SS

CagA-P induce il rimodellamento del citoscheletro, con la formazione del piedistallo, e il rilascio di

citochine pro-infiammatorie

Nei ceppi particolarmente virulenti, è presente anche il gene che codifica la

tossina vacuolizzante VacA

Altri patogeni invadono attivamente gli enterociti (cellule non fagocitarie)

Il secondo (TTSS2) è utilizzato dal batterio per modificare il citoscheletro

dell’ospite restando all’interno di un vacuolo legato alla membrana.

L’effetto è la formazione di

estroflessioni radiali dal fagosoma modificato in cui si trova il

microorganismo

Salmonella ha due T3SS:

TTSS1 permette l’ingresso dei batteri nell’enterocita, attraverso il fenomeno del «ruffling» (polimerizzazione disordinata di

filamenti di actina nella membrana dell’enterocita)

si replica nel citoplasma

e diffonde da cellula a cellula polimerizzando l’actina dell’ospite

All’interno dell’enterocita, a differenza di Salmonella, esce dal vacuolo

Fino a formare dei «filipodi» che si rompono rilasciando i batteri nella cellula adiacente

Shigella: non è in grado di entrare negli enterociti dal lato luminale: passa la mucosa attraverso le cellule M ed entra nelle cellule mucosali dal lato

basolaterale, grazie al proprio T3SS

Il patogeno altera l’assetto superficiale del fagosoma impedendo il reclutamento del

lisosoma (es. Mycobacterium tuberculosis; Legionella)

INIBIZIONE DELLA FORMAZIONE DEL FAGOLISOSOMA

ANCHE QUANDO SONO FAGOCITATI DA MACROFAGI O PMN, I PATOGENI POSSONO UTILIZZARE VARIE STRATEGIE PER SOPRAVVIVERE

Alcuni patogeni lisano la membrana del fagosoma; oltre a Shigella questa strategia si osserva in Listeria (batterio Gram-positivo)

FUGA DAL FAGOSOMA

Una strategia diversa è quella di restare nel fagosoma (o fagolisosoma)

VITA INTRACELLULARE

Adattandosi a resistere alle mutate condizioni ambientali

alcuni microrganismi che sopravvivono nei macrofagi (Salmonella, Mycobacterium) attivano rapidamente set di geni per sopravvivere nelle

condizioni estreme del fagolisosoma

Blocco esplosione+ antiapoptosi

ANAPLASMA: UN CASO LIMITE

Lo si rappresentare schematicamente con un grafico, Mettendo in relazione il danno provocato con lo stato immunitario

dell’ospite (ipo- normo- o iper- reattivo)

Entità del

danno

STATO IMMUNITARIO

L’entità del danno varia con il grado di virulenza

Come valutare il potere patogeno di un microrganismo, tenendo contemporaneamente conto del peso dell’interazione con l’ospite?

patogeno

II

Patogeno; la risposta può aggravare il

quadro III

Bassa patogenicità + danno da risposta

IV

Patogeno + danno da risposta V

Scarsa patogenicità

I

risposta alla presenza di un microrganismo VI

I microrganismi di classe 1 Es. Legionella pneumophila

sono associati a malattie solo in individui con funzioni immunitarie insufficienti

non provocano infezioni sintomatiche in individui con uno stato immunitario

normale

sono di solito considerati opportunisti o commensali

Classe 2: la capacità di provocare malattia in individui normali è indice della capacità di evadere

le difese immunitarie

La risposta immune indotta nell’ospite normale dai patogeni di classe 2 non è tale da provocare danni dopo la risoluzione dell’infezione acuta es. pneumococco

patogeni tossigenici: la loro curva è piatta

le tossine sono attive rapidamente e a dosi tanto basse da rendere inifluente la reattività immunitaria dell’ospite

Es.Tetano e difterite non lasciano immunità

Agiscono in quantità troppo esigua per innescare una risposta

l’immunità può essere ottenuta inoculando l’anatossina ma in quantità tali da provocare una risposta

Il danno provocato dai microrganismi della classe tre può essere mediato dal patogeno (in individui con

immunità debole o normale)

Ma anche effetto di una violenta reazione infiammatoria se la risposta immunitaria dell’ospite

è imponente

es. Escherichia coli O157:H7 (ceppo EHEC)

trasmesso con l’ingestione di hamburger poco cotti

in individui normali provoca diarrea con sangue nelle feci e assenza di febbre

in individui con immunità insufficiente provoca diarrea emorragica molto grave

se al danno provocato dal patogeno si associa quello provocato da una forte reazione dell’ospite si ha la sindrome uremico-emolitica (HUS)

Classe V: al danno causato dal patogeno, si aggiunge un danno protratto o cronico, dovuto alla risposta dell’ospite, che tende ad aumentare con l’entità di

quest’ultima.

Classe IV: poche specie, con bassa virulenza intrinseca, attaccano aggredire solo ospiti con immunità compromessa, ma possono provocare una violenta reazione

infiammatoria (che provoca danno) in alcuni individui. Es Aspergillus

Classe VI: categoria pressoché virtuale, non definisce in pieno patogeni noti. É stata definita per includere una crescente lista di malattie, che si ritengono

causate da una risposta immunitaria abnorme alla presenza di qualche microrganismo particolare o del microbiota commensale in toto.