Miv Patogenesi Delle Infezioni Batteriche

Microbiologia PATOGENESI DELLE INFEZIONI BATTERICHE Antonio Nenna

PATOGENESI DELLE INFEZIONI BATTERICHE POSTULATI DI KOCK 1) Il microrganismo deve essere presente in ogni evento di malattia 2) Il microrganismo deve essere isolato dall’ospite e deve crescere in coltura 3) La coltura deve produrre malattia se inoculata in un ospite sano 4) Il microrganismo deve essere isolato nuovamente dall’ospite malato I batteri si distinguono in: - batteri invasivi (stafilococchi, streptococchi) - batteri tossigeni (produttori di tossine = “veleno antigene”) (difterite, tetano) Le esotossine agiscono a distanza e sono il principale meccanismo di patogeneticità. Inoltre i batteri agiscono con segnali di membrana (stimolo per apoptosi) o penetrando nella cellule (tossine AB) o vengono iniettate dal battere tramite T3SS e LEE (locus for enterocyte effacement). La patogenesi batterica è dovuta a: - abilità di invadere tessuti (invasività, colonizzazione, elusione delle difese immunitarie) - abilità di produrre tossine (esotossine e endotossine) L’organismo risponde alla presenza di un batterio tramite tre risposte: - risposta di fase acuta (attivata da microrganismi, traumi o altre malattie; si manifesta dopo ore o giorni) - febbre (la temperatura corporea è regolata dal SNC: la febbre può risultare da un cambiamento del set point del centro regolatore, ed è dovuta a IL6, IL8...) - shock settico (legato alla presenza in circolo di batteri; è una risposta infiammatoria generalizzata dovuta a una sintesi eccessiva di citochine; è preceduta da batteriemia, ed è seguita da attivazione endoteliale, attivazione della coagulazione e attivazione del complemento) (ciò causa discrepanza tra il contenuto del letto vasale e la capacità del letto vasale, con inadeguata perfusione dei tessuti che porta a malfunzionamento di vari organi; si ha perdita di liquido negli spazi extravascolari, con vasodilatazione e ipovolemia) (lo shock settico è lo shock da batteri gram-negativi, e l’agente principale è l’endotossina o lipopolisaccaride)

MECCANISMI DI ADESIONE batterio adesina recettore sito di attacco

streptococcus pyogenes

protM, ac. lipoteicoico fibronectina epitelio faringeo

streptococcus mutans

glicosil-trasferasi glicoproteina salivare dente

streptococcus pneumoniae

proteina cellulare N-Ac-hesosamina galattosio mucosa

staphylococcus aureus

proteina cellulare FBP fibronectin mucosa

neisseria gonorrhoeae

pilus di N-met-phe glucosamina galattosio epitelio ureterale

ETEC fimbria tipo1 mannosio epitelio intestinale

bordetella pertussis

fimbria glicolipidi solfati epitelio respiratorio

vibrio cholerae

pilus di N-met-phe fucosio e mannosio epitelio intestinale

treponema pallidum

peptide della membrana esterna P1, P2, P3

fibronectina mucosa

mycoplasma proteina cellulare ac. sialico epitelio respiratorio

chlamydia ? ac. sialico epitelio ureterale epitelio congiuntivale


ENZIMI CHE INFLUENZANO LA PATOGENETICITA’ - ialuronidasi: fattore It degli streptococchi, stafilococchi e clostridi; depolimerizza l’ac. ialuronico - collagenasi: prodotto da clostridium perfringens; rompe il collagene e facilita la gangrena - neuraminidasi: prodotto da vibrio cholerae e shigella dissenteriae; rompe l’ac. sialico - streptochinasi / stafilochinasi: prodotta da streptococchi e stafilococchi; convertono plasminogeno in plasmina, che digerisce la fibrina, impedendo la coagulazione e facilitando la diffusione batterica - emolisina: prodotta dagli stafilococchi e dai clostridi, inseriscono fosfolipidi e formano canali che destabilizzano la membrana cellulare, causando lisi osmotica - fosfolipasi / leticinasi: prodotte da clostridium perfringensm distruggono fosfolipidi e lecitine - coagulasi: prodotta dallo stafilococco aureo (patognomonico), converte il fibrinogeno in fibrina, causando un coagulo che protegge il batterio dall’azione del sistema immunitario - adenilato ciclasi: fattore edematoso EF della tossina dell’antrace, aumenta i livelli di cAMP e altera la permeabilità; è presente anche in bordetella pertussis - proteasi / lipasi / glicoidrossilasi / nucleasi: per nutrizione e metabolismo batterico

FATTORI DI VIRULENZA

TOSSINE: prodotti batterici che distruggono/danneggiano/inattivano uno o più componenti vitali della cellula ospite, permettendo al batterio di sopravvivere e moltiplicarsi (veleno-antigene). ESOTOSSINE sono secrete dalla cellula o fuoriescono dalla cellula morta; sono proteine solubili che vengono trasportate nel sangue o nella linfa, causando danni a distanza verso specifici tessuti; alcune sono enzimi (emolisine,...) che inibiscono attività cellulari cruciali e portano la cellula a morte ENDOTOSSINE sono prodotte solo dai gram-negativi poichè sono il lipideA del lipopolisaccaride (LPS). SISTEMI DI ATTACCO: - pilus: corte proteine nastriformi che si legano a recettori cellulari sulla cellula bersaglio - capsula: polisaccaridi che avvolgono il microbo e lo “incollano” alla superficie bersaglio


INFIAMMAZIONE La risposta infiammatoria è la più importante nel gestire l’infezione batterica. E’ necessaria per il funzionamento dei meccanismi di difesa dell’ospite, ma può causare danno irreversibile all’ospite. E’ caratterizzata da rossore (aumento del flusso sanguigno e infiltrato linfocitario), calore (azione dei pirogeni), dolore (distruzione tissutale locale), edema (aumento del fluido interstiziale), ovvero la classica formula “rubor, calor, tumor, dolor, functio laesa”. La risposta infiammatoria è scatenata dall’invasione patogena e dal danno dissutale; le cellule colpite rilasciano enzimi che diminuiscono il pH dello spazio extracellulare. L’acidità attiva l’enzima callicreina, che stimola le bradichinine. Le bradichinine si legano al recettore sui capillari, aprendo le giunzioni endoteliali e causando fuoriuscita di plasma dal sangue (formazione dell’essudato). L’aumento della permeabilità capillare permette ai leucociti di passare dai vasi ai tessuti (diapedesi). La bradichinina inoltre si lega ai mastociti del tessuto connettivo, che rilasciano istamina ed eparina. Inoltre si attiva la PLA2 che sintetizza ac. arachidonico, il quale forma prostaglandine e leucotrieni, che contribuiscono all’infiammazione. L’effetto totale dell’infiammazione è di reclutare cellule nel sito infetto per distruggere il microbo. FASI DEL PROCESSO INFETTIVO 1) INFEZIONE. Il patogeno si stabilisce nell’ospite e supera le difese non-specifiche. Non causa sintomi. 2) INCUBAZIONE. Permette lo stabilirsi dell’infezione sintomatica. E’ un periodo variabile, fino a 30 anni. 3) SINTOMI INIZIALI. Vari. Sono frequenti casi asintomatici. 4) FASE ACUTA. Sono presenti i caratteristici sintomi della malattia. Queste fasi sono influenzate da genetica, condizioni fisiche, stress, età, sesso e trattamento. RICONOSCIMENTO DEL MICROBO AD OPERA DELLA RISPOSTA IMMUNITARIA Il riconoscimento del microbo è effettuato tramite l’espressione dei PRR (contenenti ripetizioni ricche in leucina, LRR), come il TLR, che riconoscono i PMAP della superficie batterica. Vengono riconosciuti i componenti della parete batterica come LPS (da TLR4), flagellina (da TLR5) e ac. nucleico (da TLR9). I PMAP sono anche riconosciuti dai NLR (anche chiamate proteine-caterpillar), che riconoscono il peptidoglicano. I TLR sono recettori di membrana, mentre NLR sono recettori citosolici. La fase effettrice coinvolge due vie di segnalazione: - attivazione della caspasi1 tramite l’assemblaggio del complesso “inflammasoma”. La caspasi1 è richiesta per il processamento e il rilascio di citochine proinfiammatorie come IL1β (un potente pirogeno) e IL18. Inoltre, può attivare la via apoptotica (per diminuire la quantità di batteri presenti) - attivazione della via NFkB.


MEDIATORI DELL’INFIAMMAZIONE 1) amine vasoattive (istamina, serotonina): prodotte in modo tutto-o-nulla quando mastociti e piastrine degranulano; causano aumento della permeabilità vascolare, collasso respiratorio e circolatorio 2) peptidi vasoattivi (sostanzaP): vasodilatazione e aumento della permeabilità vascolare 3) frammenti del complemento (C3a, C4a, C5a): reclutamento di granulociti, monociti e mastociti 4) mediatori lipidici (eicosanoidi, PAF): derivati da fosfolipidi del versante interno della membrana cellulare; dall’acido arachidonico vengono prodotte prostaglandine, trombossani, leucotrieni e lipossine (febbre) 5) citochine (TNF, IL1, IL6,...): attivazione di leucociti e produzione delle proteine di fase acuta 6) chemochine: controllo della diapedesi dei leucociti e chemiotassi verso i tessuti 7) enzimi proteolitici (elastina, catepsine, metalloproteasi): degradano la membrana basale

connessioni nella patogenesi dello shock

STRUTTURA DELL’INFLAMMASOMA NALP1 La caspasi1 è la proteina centrale nell’attivazione dell’inflammasoma, che agisce come una zattera molecolare per attivare proIL1β e proIL18. Caspasi1 è sintetizzata come precursore di 45 kDa (pro-caspasi1) che subisce taglio e si assembla in eterotetramero. Questo processo richiede ASC (una proteina adattatrice che regola il reclutamento di altre proteine, agendo da ponte da NALP1 e caspasi1) e NALP1 (una proteina sensore). Sono necessari due stimoli per attivare l’inflammasoma della caspasi1 e poi generare IL1β: 1) la stimolazione delle cellule dell’immunità innata (macrofagi) sui TLR / NLR da parte del lipopolisaccaride induce la sintesi di pro-IL1β e altri componenti inducibili, come caspasi11. 2) perturbazione della corrente del potassio che attiva il recettore purinergico P2X, che causa attivazione della fosfolipasiA2, uscita di potassio, depolarizzazione della membrana e disaggregazione del citoscheletro. L’attivazione delle due vie causa la attivazione della caspasi1 e la trasformazione da pro-chemochine a chemochine (IL1β e IL18) dovuto all’attivazione della via NFkB e il rilascio di chemochine mature. Il secondo segnale assicura che l’attivazione avvenga solo in presenza di uno stimolo realmente nocivo, e non per batteri commensali o danno tessutale idiopatico. NALP3: Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus


NAIP5/IPAF: Legionella pneumophila (usa T4SS con Dot/Icm per traslocare gli effettori) IPAF: Salmonella typhimurium, Shigella flexneri (usano T3SS per traslocare gli effettori)

meccanismo di attivazione dell’inflammasoma


meccanismo di attivazione della febbre

attivazione dell’inflammasoma da parte delle componenti batteriche

inflammasoma nei differenti batteri patogeni


EVASIONE DELLA RISPOSTA IMMUNITARIA La capsula di glutammato di bacillus anthracis protegge l’organismo dalla lisi operata dai fagociti. La membrana esterna dei gram-negativi è una barriera per i composti idrofobici come i sali biliari. Le cere intorno al batterio, come nei micobatteri, permettono di resistere alla digestione. Il lipopolisaccaride dei gram-negativi protegge la cellula dalla lisi mediata dal complemento e da lisozima. Inoltre, altri meccanismi permettono di resistere e di moltiplicarsi all’interno dell’ospite. 1) invadere e rimanere confinati in una regione inaccessibile ai fagociti (il lume ghiandolare, la cute) 2) evitare l’attivazione della risposta infiammatoria 3) inibire la chemiotassi dei fagociti (streptococcus, mycobacterium tuberculosis, clostridium) 4) nascondere gli antigeni non-self della superficie batterica (con antigeni self) (stafilococco, treponema) 5) evitare l’ingestione (tramite le fimbrie o la capsula) capsula polisaccaridica di streptococcus pneumoniae, haemophilus, treponema pallidum, klebsiella proteinaM e fimbrie degli streptococcus polisaccaride dello pseudomonas aeruginosa antigene O del LPS di escherichia coli antigene K di escherichia coli e salmonella typhi proteina A di staphylococcus aureus proteine Yop di yersinia pestis 6) sopravvivere all’interno dei fagociti (neutrofili o macrofagi) inibizione della sintesi del fagolisosoma (salmonella, mycobacterium, legionella, chlamydiae) sopravvivenza nel fagolisosoma (bacillus anthracis, mycobacterium tuberculosis, staphylococcus aureus evasione dal fagosoma (rickettsia) 7) produzione di sostanze che danneggiano i fagociti (attacco diretto dei batteri sui fagociti tramite le “aggressine”, cioè enzimi extracellulari o tossiche che uccidono il fagocita) (uccisione dei fagociti con emolisine) (uccisione/inattivazione dei fagociti dopo la fagocitosi, con sostanze che svuotano i lisosomi) (mycobacterium, brucella, listeria) 8) mimetismo molecolare (antigene non-self del batterio è simile ad antigene self, con attacco verso il self) (antigene non-self simile a sostanze che non causano risposta immunitaria, come ac. ialuronico) 9) variazione antigenica (cambiamento periodico di antigeni, come fimbrie) (salmonella, streptococco, vibrio, stafilococco, escherichia, neisseria)

FUNZIONI DELLA NORMALE FLORA GASTROINTESTINALE - sintesi di vitamine, che possono essere assorbite dall’ospite (K, B12) - impedisce la colonizzazione dei patogeni (tramite competizione per i nutrienti essenziali) - antagonizzare altri batteri (tramite sostanze che inibiscono altre specie) - stimolare lo sviluppo tissurale (placche di Peyer) - stimolare la produzione di anticorpi (stimolano la risposta immunitaria e gli antigeni ABO)

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