Meccanismi dell’azione Meccanismi dell’azione patogena dei patogena dei microrganismimicrorganismi

Prof. Giovanni GiammancoProf. Giovanni Giammanco

RAPPORTI TRA MICRORGANISMI E OSPITERAPPORTI 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)

PARASSITIPARASSITI:: MICRORGANISMI VIVENTI A CARICO MICRORGANISMI VIVENTI A CARICO DELL’OSPITEDELL’OSPITESIMBIONTISIMBIONTI (UTILI PER L’UOMO) (UTILI PER L’UOMO)COMMENSALI COMMENSALI (INDIFFERENTI)(INDIFFERENTI)PATOGENI PATOGENI (DANNOSI): OBBLIGATI E (DANNOSI): OBBLIGATI E OPPORTUNISTIOPPORTUNISTI

SAPROFITISAPROFITI:: MICRORGANISMI VIVENTI A SPESE MICRORGANISMI VIVENTI A SPESE DI MATERIALE INANIMATO (batteri ambientali)DI MATERIALE INANIMATO (batteri ambientali)

RAPPORTI TRA MICRORGANISMI E OSPITERAPPORTI TRA MICRORGANISMI E OSPITE

Flora microbica residenteFlora microbica residenteAPPARATO RESPIRATORIONASO, 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 mistapubertà: lattobacillimenopausa: flora mista

CUTE: Flora microbica transitoria e residente: Stafilococchi, Streptococchi, Miceti, Bacilli Gram+ e Gram-, Etc.

Interazioni tra microrganismi e uomoInterazioni tra microrganismi e uomo

CONTAMINAZIONE:CONTAMINAZIONE: CONTATTO ACCIDENTALE E CONTATTO ACCIDENTALE E TRANSITORIO TRA MICRORGANISMO ED OSPITETRANSITORIO TRA MICRORGANISMO ED OSPITE

COLONIZZAZIONE:COLONIZZAZIONE: MOLTIPLICAZIONE DEL MOLTIPLICAZIONE DEL MICRORGANISMO NELL’OSPITE SENZA ALTERAZIONE MICRORGANISMO NELL’OSPITE SENZA ALTERAZIONE DELLE NORMALI FUNZIONI DELL’OSPITEDELLE NORMALI FUNZIONI DELL’OSPITE

INFEZIONE:INFEZIONE: MOLTIPLICAZIONE DI UN MICRORGANISMO MOLTIPLICAZIONE DI UN MICRORGANISMO POTENZIALMENTE PATOGENO NELL’OSPITEPOTENZIALMENTE PATOGENO NELL’OSPITE

MALATTIA DA INFEZIONE:MALATTIA DA INFEZIONE: PROCESSO PATOLOGICO PROCESSO PATOLOGICO CAUSATO DALL’INFEZIONECAUSATO DALL’INFEZIONE

Esposizione senza infezioneEsposizione senza infezione(Contaminazione)(Contaminazione)

Infezione senza malattiaInfezione senza malattia(asintomatica)(asintomatica)

Malattia lieveMalattia lieve(paucisintomatica)(paucisintomatica)

Malattia graveMalattia grave

MorteMorte

La piramide delle malattie infettiveLa piramide delle malattie infettive

Mortalità da malattie infettive nel mondo (1999)

Malattie Morti Infezioni respiratorie acute 4.000.000 AIDS 2.700.000 Malattie diarroiche 2.200.000 Tubercolosi 1.700.000 Malaria 1.100.000 Morbillo 875.000 Tetano 377.000 Pertosse 295.000 Meningite batterica 171.000 Sifilide 153.000 Epatite 124.000 Tripanosomiasi 66.000 Leishmaniosi 57.000 Clamidia 16.000

PatogenicitàPatogenicità

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% (DL50%)

Dose minima letale (DML)

MALATTIE SOSTENUTE DA MALATTIE SOSTENUTE DA MICRORGANISMIMICRORGANISMI

- DA INFEZIONE ENDOGENADA INFEZIONE ENDOGENA- ANORMALE ESPANSIONE NUMERICA DI UNA ANORMALE ESPANSIONE NUMERICA DI UNA SPECIE IN UN DISTRETTOSPECIE IN UN DISTRETTO- TRASFERIMENTO DI MICRORGANISMI IN ALTRI TRASFERIMENTO DI MICRORGANISMI IN ALTRI DISTRETTIDISTRETTI

- DA INFEZIONE ESOGENADA INFEZIONE ESOGENA- MATERIALE INANIMATO (microrganismi ambientali)MATERIALE INANIMATO (microrganismi ambientali)- ANIMALI INFETTI (Zoonosi)ANIMALI INFETTI (Zoonosi)- SOGGETTI INFETTI (Malattia infettiva o contagiosa)SOGGETTI INFETTI (Malattia infettiva o contagiosa)

Modalità di trasmissione

Trasmissione orizzontaleDiretta

Indiretta

Trasmissione verticale

•Transplacentare•Perinatale (al momento dell’attraversamento del canale del parto)

•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)

Siti d’ingresso dei microrganismi nell’ospiteSiti d’ingresso dei microrganismi nell’ospite

InfezioniInfezioni• localizzatelocalizzate

• sistemichesistemiche

Patogenicità battericaPatogenicità battericaDue meccanismi principaliDue meccanismi principali:: capacità dicapacità di moltiplicarsimoltiplicarsi in in vivo vivo e/o produzionee/o produzione didi sostanze tossichesostanze tossiche. . FATTORI CONDIZIONANTI LA REPLICAZIONE BATTERICAFATTORI CONDIZIONANTI LA REPLICAZIONE BATTERICA

ADESIVITA’ADESIVITA’

INVASIVITA’INVASIVITA’

PRODUZIONE DI ENZIMI E TOSSINEPRODUZIONE DI ENZIMI E TOSSINE

EVASIONE DALLA FAGOCITOSIEVASIONE DALLA FAGOCITOSI

Barriere di Barriere di difesa del difesa del corpo umanocorpo umano

Cute• Barriera anatomica• Secrezioni antimicrobiche

Apparato gastroenterico• Acidità gastrica• Flora intestinale residente

Apparato respiratorio• Muco• Epitelio ciliato• Macrofagi alveolari

Sistema genito-urinario• Lavaggio urinario• Acidità, urine e vaginale• Lisozima

Occhi• Lavaggio lacrimale• Lisozima

ADESINE BATTERICHEADESINE BATTERICHEMicrorganismoMicrorganismo AdesinaAdesina RecettoreRecettore

Staphylococcus Staphylococcus speciesspecies Acido Lipotecoico (LTA)Acido Lipotecoico (LTA) FibronectinaFibronectina

Streptococco gruppo AStreptococco gruppo A LTA-Proteina MLTA-Proteina M Non notoNon noto

Streptococco gruppo BStreptococco gruppo B ProteineProteine N-acetylglucosaminaN-acetylglucosamina

Escherichia coliEscherichia coli FimbrieFimbrie D-mannosio, glicolipidePD-mannosio, glicolipideP

Neisseria gonorrhoeaeNeisseria gonorrhoeae FimbrieFimbrie GangliosideGanglioside

Treponema pallidumTreponema pallidum P1,P2,P3P1,P2,P3 FibronectinaFibronectina

Chlamydia Chlamydia speciesspecies Lectine superficialiLectine superficiali N-acetylglucosaminaN-acetylglucosamina

Mycoplasma Mycoplasma pneumoniaepneumoniae

Proteina P1Proteina P1 Acido sialicoAcido sialico

AdesioneAdesione

Membrana citoplasmaticaMembrana citoplasmaticadi una cellula dell’ospitedi una cellula dell’ospite

Escherichia coliEscherichia coli

FimbriaFimbria

GlicosfingolipideGlicosfingolipide

INVASIVITA’INVASIVITA’

FagocitosiFagocitosi

Evasione dalla fagocitosiEvasione dalla fagocitosi

Inibizione della fagocitosi(capsula di S. pneumoniae)Fagocitosi

Inibizione della fusione lisosomiale(M. tuberculosis)

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)

Interferone gamma

Inibizione dell'opsonizzazione(proteina A di S. aureus)

Inibizione della chemiotassi

Uccisione da parte dei fagociti(S. aureus)

PRODOTTI DI CRESCITA BATTERICA CHE CONTRIBUISCONO PRODOTTI DI CRESCITA BATTERICA CHE CONTRIBUISCONO ALLA DIFFUSIONE DEI MICRORGANISMI NELL’OSPITEALLA DIFFUSIONE DEI MICRORGANISMI NELL’OSPITE

PRODOTTOPRODOTTOIaluronidasiIaluronidasi

CoagulasiCoagulasi

CollagenasiCollagenasi

StreptochinasiStreptochinasi

LecitinasiLecitinasi

DNAsiDNAsi

LipasiLipasi

MICRORGANISMOMICRORGANISMOStreptococchi, Stafilococchi Streptococchi, Stafilococchi e Clostridie Clostridi

StafilococchiStafilococchi

ClostridiClostridi

StreptococchiStreptococchi

ClostridiClostridi

StafilococchiStafilococchi

StafilococchiStafilococchi

ATTIVITA’ DEL PRODOTTOATTIVITA’ DEL PRODOTTODegrada l’acido ialuronico del Degrada l’acido ialuronico del connettivoconnettivo

Agisce sulla coagulazione del sangue con formazione Agisce sulla coagulazione del sangue con formazione di fibrina, che ostacola la fagocitosidi fibrina, che ostacola la fagocitosi

Degradazione del collagene del Degradazione del collagene del tessuto connettivotessuto connettivo

Converte il plasminogeno in plasmina, che digerisce Converte il plasminogeno in plasmina, che digerisce la fibrinala fibrina

Distrugge la lecitina della membrane citoplasmaticheDistrugge la lecitina della membrane citoplasmatiche

Diminusce la viscosità del pusDiminusce la viscosità del pus

Idrolizza i lipidiIdrolizza i lipidi

TossineTossine

• Esotossine– Natura proteica

• Termolabili

– Immunogeni

– Neutralizzabili da anticorpi

– Profili di azione molto differenziati

– Estrema potenza

– Alcune attive per ingestione

• Endo-tossine– Lipopolisaccaridi

• Termostabili

– Immunogeni, ma non neutralizzabili da anticorpi

– Profili di azione poco differenziati

– Meno potenti– Inattive per

ingestione

Confronto

Eso-tossine

EsotossineEsotossine

• Tossine citoliticheTossine citolitiche

• Tossine A-BTossine A-B

• Tossine superantigenicheTossine superantigeniche

Esotossine citoliticheEsotossine citolitiche

S. aureusS. aureus

TossinaTossina KK++

Formazione di pori,Formazione di pori,perdita dei nutrientiperdita dei nutrienti

MORTEMORTE CELLULARECELLULARE

C. perfringensC. perfringens

Membrana cellulareMembrana cellulare

Tossina Tossina (fosfolipasi C)(fosfolipasi C)

Idrolizza la fosforilcolinaIdrolizza la fosforilcolina delle membrane cellularidelle membrane cellulari

LisiLisi

Emolisine streptococcicheEmolisine streptococciche

Esotossina di tipo A-BEsotossina di tipo A-B

Batterio adesoalla mucosa superficiale

Sintesi della tossina batterica

A-B-C

A-B A-B

C

Tossinogeno Tossina attiva

La tossina La tossina raggiunge la raggiunge la cellula targetcellula target

A

B

A

B

La subunità B della tossina La subunità B della tossina si lega al recettore dellasi lega al recettore dellasuperficie cellularesuperficie cellulare

La subunità A della tossinaLa subunità A della tossinaentra nella cellula targetentra nella cellula target

La subunità A catalizzaLa subunità A catalizza l’attività enzimatica ed l’attività enzimatica ed esercita effetto tossicoesercita effetto tossico

A

X

Y

Tossine superantigenicheTossine superantigeniche• Tossine stafilococciche: Tossine stafilococciche:

Enterotossine (A-E) e Tossina Enterotossine (A-E) e Tossina dello shock tossico (TSS-1) o dello shock tossico (TSS-1) o enterotossina Fenterotossina F

• Meccanismo d’azioneMeccanismo d’azione: : inducono produzione di IL-1 inducono produzione di IL-1 (pirogeno endogeno), (pirogeno endogeno), liberazione di citochine (shock liberazione di citochine (shock ipovolemico), stimolazione ipovolemico), stimolazione della peristalsi intestinale e della peristalsi intestinale e del centro del vomito del centro del vomito attraverso i nervi simpatici e attraverso i nervi simpatici e vagali.vagali.

• Si tratta di una esotossina Si tratta di una esotossina termostabile.termostabile.

In base alle cellule bersaglio le In base alle cellule bersaglio le esotossine vengono distinte in:esotossine vengono distinte in:

• Tossine neurotropeTossine neurotrope, le cui cellule bersaglio sono , le cui cellule bersaglio sono localizzate nel sistema nervoso centrale o perifericolocalizzate nel sistema nervoso centrale o periferico

• EnterotossineEnterotossine, attive a livello delle cellule della , attive a livello delle cellule della mucosa intestinalemucosa intestinale

• Tossine pantropeTossine pantrope, in grado di danneggiare qualsiasi , in grado di danneggiare qualsiasi cellula in possesso di recettori idonei a fissare la cellula in possesso di recettori idonei a fissare la tossina tossina

Tossine neurotropeTossine neurotrope

Tossine botulinica Tossine botulinica

Tossina tetanica Tossina tetanica

Interferiscono con i meccanismi di trasmissione Interferiscono con i meccanismi di trasmissione dell’impulso nervoso e provocano la morte in dell’impulso nervoso e provocano la morte in seguito all’instaurarsi di una paralisi flaccida seguito all’instaurarsi di una paralisi flaccida (tossina botulinica) o spastica (tetano) (tossina botulinica) o spastica (tetano)

Tossina botulinicaTossina botulinica

Tossina tetanicaTossina tetanica

ENTEROTOSSINEENTEROTOSSINE

• TOSSINE CHE CAUSANO DANNO TOSSINE CHE CAUSANO DANNO ALL’APPARATO GASTRO-ENTERICO ALL’APPARATO GASTRO-ENTERICO (VOMITO E DIARREA) (VOMITO E DIARREA)

• IN TALUNI CASI SONO DIRETTAMENTE IN TALUNI CASI SONO DIRETTAMENTE INGERITE CON I CIBI, IN CUI IL INGERITE CON I CIBI, IN CUI IL MICRORGANISMO SI E’ REPLICATO MICRORGANISMO SI E’ REPLICATO (INTOSSICAZIONI ALIMENTARI)(INTOSSICAZIONI ALIMENTARI)

• IN ALTRI CASI SONO PRODOTTE DAI IN ALTRI CASI SONO PRODOTTE DAI BATTERI CHE SI REPLICANO BATTERI CHE SI REPLICANO NELL’INTESTINO (TOSSINFEZIONI)NELL’INTESTINO (TOSSINFEZIONI)

Tossina colericaTossina colerica

Enterotossina di tipo A-BEnterotossina di tipo A-B

Tossina pantropaTossina pantropa

La tossina difterica è una La tossina difterica è una tossina pantropa di tipo A-B la tossina pantropa di tipo A-B la cui azione tossica è legata cui azione tossica è legata all’inibizione della sintesi all’inibizione della sintesi proteica cellulare.proteica cellulare.

ENDOTOSSINAENDOTOSSINALipopolisaccaride, termostabile, basso P.M., non Lipopolisaccaride, termostabile, basso P.M., non neutralizzabile da anticorpi,neutralizzabile da anticorpi,Non trasformabile in anatossinaNon trasformabile in anatossina

Porzione antigenica:Porzione antigenica: CoreCoreCatena laterale O specificaCatena laterale O specifica

Porzione tossicaPorzione tossica:: Lipide ALipide A

PolisaccaridePolisaccaride

Meccanismo d’azione dell’endotossinaMeccanismo d’azione dell’endotossina

• Effetto pirogenoEffetto pirogeno• Leucopenia Leucopenia

seguita da seguita da leucocitosi leucocitosi

• IpotensioneIpotensione• TrombocitopeniTrombocitopeni

aa• Coagulazione Coagulazione

intravasale intravasale disseminatadisseminata

• ShockShock• MorteMorte

Limulus testLimulus test

•Gelificazione degli amebociti di Gelificazione degli amebociti di Limulus polyphemusLimulus polyphemus