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Azione patogena dei microrganismi
Prof. Piergiorgio Catalanotti
marzo 2015
Un microrganismo patogeno è un microrganismo capace di indurre malattia in un organismo vivente.
La patogenicità è la capacità di un microrganismo di indurre malattia.
I batteri esprimono la loro patogenicitàmediante la loro virulenza.
La virulenza dei microrganismi è il grado di patogenicità.
Simbiosi
• dal greco συμβίωσις(σύν «con, insieme» e βιoς «vita»
• interazione biologica piuttostointima, di lungo termine, fra dueo più organismi di specie differenti
Rapporti ospite - microrganismi
beneficio per ospite e microrganismo
Bacteroides spp.
Commensalismo
Parassitismo
Mutualismo
Rapporti ospite - microrganismi
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beneficio per il microrga-nismo senza danno all‛ospite
Bacteroides spp.E. coli
Rapporti ospite - microrganismi
Commensalismo
Parassitismo
Mutualismo
• Stomaco• Lactobacillus, Streptococcus, • Enterobacteriaceae, • 103CFU/g
• Duodeno-digiuno• Lactobacillus, Streptococcus, • Bifidobacterium, Staphylococcus,• Funghi• 102-105CFU/g• Ileo-cieco• Bifidobacterium, Bacteroides, • Lactobacillus, Streptococcus, • Clostridium, Funghi• 103–109CFU/g
beneficio per il solo microrganismo a danno dell‛ospite (παράσιτος)
Entamoeba hystolitica
Rapporti ospite - microrganismi
Commensalismo
Parassitismo
Mutualismo
Opportunismopatogenicità condizionata
• ospite compromesso• dismicrobismo
• cambiamento di sede• E. coli e UTI
• antibiotici(C. difficile e colite pseudomembranosa)
• abuso di saccarosio(S. mutans e carie dentale)
• S. sanguis e endocardite
• vaginosi
Rapporti ospite - microrganismi
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Vie di diffusione dei microrganismi
Vie di diffusione dei microrganismi
Vie di diffusione dei microrganismi
Vie di diffusione dei microrganismi
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103-109105-1010109-1012105-108102-104103-107104-107Colon
0102-104
0103-106
0103-107
0-103
103-108
0-102
102-105
0-103
102-105
0-103
102-105
Intestino tenue
0000-1020-1020-1030-103Stomaco
clostridilatto-bacilliBacteroidesE. colistafilo-
cocchilatto-bacilli
strepto-cocchi
AnaerobiAerobi e anaerobi facoltativi
Microbiota intestinale residente
Staphylococcus epidermidisCorynebacterium spp.Escherichia coli Mycobacterium smegmatis
Staphylococcus epidermidisCorynebacterium spp.Escherichia coliEnterobacteriaceae spp.Mycobacterium smegmatisLactobacillus spp.Streptococcus spp.PeptostreptococcusBacteroidesVeillonellaCandida
uretra maschile uretra femminile
Microbiota urinario residente
I lattobacilli mettono in attouna serie di meccanismi
per svolgere un effetto protettivoa difesa della mucosa vaginale
dall‛aggressione dei microbi patogeni
Inibizione dell‛adesionedei patogeni Inibizione della
crescitadei patogeni
Inibizione della moltiplicazione
dei patogeni
J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002
Microbiota vaginale residente
Inibizione dell‛adesione dei patogenialla mucosa vaginale
I lattobacilli si legano in modo specifico e aspecificoalle cellule epiteliali della mucosa vaginale...
Recettore
Microrganismipatogeni
Legami specificicon recettori epiteliali
Legami aspecifici(forze elettrostatiche)
… ed impediscono ai microrganismi patogenidi trovare liberi i siti di legame e quindi aderire alla mucosa vaginale
Celluleepiteliali
Mucosavaginale
Lattobacilli
Lattobacilli
J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002WWW.SUNHOPE.IT
I lattobacilli si legano alla fibronectina del fluido vaginalee producono biosurfattante...
Fibronectinadel fluido vaginale
LattobacilliMicrorganismi
patogeni
Secrezione di biosurfactante
… ulteriori meccanismi che impediscono ai microrganismi patogenidi aderire alla mucosa vaginale
Lattobacilli
Mucosa vaginale Mucosa vaginale
Legame specifico
J. P. Lepargneur et al. - J. Gynecol. Biol. Reprod., 31: 485-494,2002
Inibizione dell‛adesione dei patogenialla mucosa vaginale
I lattobacilli sintetizzano sostanze fondamentaliper il mantenimento di un corretto equilibrio
nell‛ecosistema vaginale...
…in quanto agiscono come fattori di difesacontro l’insorgenza di infezioni microbiche
Lattobacilli
Acido lattico
Bassi valori di pH
3,5 - 4,0
H202
Effetto battericida
su alcuni ceppi
Competizione per fonti nutrizionali
Proprietàantibiotiche
Ad es. privazionedi arginina
(anaerobi)
Batteriocine
estrogeni ±
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Inibizione della crescita dei patogeni
I lattobacilli interagiscono con diversi ceppidi microrganismi patogeni (es. C. albicans, E. coli )...
… e rilasciano un fattore (APF)che favorisce la co-aggregazione tra lattobacilli e patogeni
Inibizione della proliferazionedi alcuni microrganismi patogeni
per CO-AGGREGAZIONE
Microrganismopatogeno
APF
Rilascio di APF(Aggregation Promoting Factor)
Lattobacilli
APF
+
Lattobacilli
Microrganismopatogeno
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Inibizione della moltiplicazione dei patogeni
Lattobacilli
La diminuzionedella presenza di lattobacilli
e dell‛ azione antagonista contro i germi patogeni...
…favorisce l’instaurarsi di infezioni opportunistiche
Lo sq
uilibr
io
Ecosist
ema
vagin
ale
germi potenzialmente
patogeni* alloctoni* autoctoni
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Bacteroides spp.Fusobacterium spp.Peptostreptococcus spp.
anaerobi (105-107/g di secreto)
Streptococcus spp MicrococcusStaphylococcus aureusS. epidermidis (mucosa nasale)LattobacilliBranhamella catarrhalisNeisseria
aerobi (104-105/g di secreto)nasofaringeadulto
Actinomiceti
streptococchialtri batteri
dopo 24 h e nel bambino
sterileentro 24 h dalla nascita
microbiota respiratorio residentesoggetti
Microbiota respiratorio residente
Haemophilus influenzaeStreptococcus pneumoniaeNeisseria meningitidisCorynebacteriumMicoplasmi
residenti di altre nicchiePseudomonasEnterobacteriaceae
patogeni opportunisti
Entamoeba gingivalisTrichomonas tenax
protozoiCandida albicans
micetinasofaringeadultomicrobiota respiratorio residentesoggetti
Microbiota respiratorio residente
Escherichia coliPseudomonas aeruginosaKlebsiella pneumoniaeFlavobacterium
cadavere
S. viridansS. aureusS. epidermidisPropionibacterium acnesHaemophilus spp.
adulto
S. aureusS. epidermidisStreptococcus viridansMoraxella catarrhalis
bambino
Staphylococcus spp.Haemophilus spp.Neisseria spp (apatogene)Corynebacterium
neonatomicrobiota congiuntivale residentesoggetti
Microbiota congiuntivale residente
Contaminazione• Contatto, senza moltiplicazione
Colonizzazione
• Moltiplicazione nel sito dell‛ospite
Progressione dell‛interazione
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Infezione• Stato di equilibrio tra imeccanismi offensivi delmicrorganismo e quelli difensividell‛ospite
• Stato di portatore
Sistemi di difesa
dell‛ospite
Sistemi di offesa del
microrganismo
Progressione dell‛interazione
Malattia• Prevalenza dei fattori offensividel batterio per l‛elevata caricae/o per il suo elevato potenzialedi patogenicità
Sistemi di difesa
dell‛ospite
Sistemi di offesa del
microrganismo
Progressione dell‛interazione
Patogenicità• Capacità di un microrganismodi indurre malattia
• Dose infettante 50 % (ID50)Virulenza
• Grado di patogenicità• Dose minima letale 50 % (DML50)
Invasività• Capacità di moltiplicazione invivo
Meccanismo dell‛azione patogena
ADESINE Consentono il legame di un microrganismo ai tessuti dell‛ospite
IMPEDINE Permettono al microrganismo di evadere uno o piùmeccanismi di difesa dell‛ospite
AGGRESSINE Causano danno diretto all‛ospite (enzimi, esotossine)
MODULINE Provocano danni indiretti all‛ospite modulando la rete delle citochine; es. LPS (lipopolisaccaride), porine, LTA (acido lipoteicoico), TA (acido teicoico), peptidoglicano, etc.
INVASINE Rendono il microrganismo capace di invadere cellule o tessuti dell‛ospite
Fattori di virulenza batterica
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Fimbrie di Enterobacteriaceae che si legano specificamente al mannosio dei recettori sulle cellule dell‛epitelio della vescica
Fimbrie di tipo 1
Filamenti proteici della superficie batterica che funzionano come adesine
Fimbrie
Macromolecola complementare su una struttura eucariotica che si lega a una specifica adesina
Recettore
Struttura di superficie o macromolecola che consente l‛attacco di un batterio a una specifica superficie
Adesina
descrizioneFattori di aderenza
Terminologia dei fattori di aderenza batterica (1)ADESINE
Struttura cellulare facolativa, ben definita, di natura polisaccaridica (eccezionalmente polipeptidica) con effetti simili al glicocalice
Capsula
Strato esopolisaccaridico prodotto da alcuni batteri, rsponsabile della adesione alle superfici e della evazone della fagocitosi
Glicocalice
Pilo specializzato che trasmette materiale genetico da una cellula all‛altra nella coniugazione
Pilo sessuale
descrizioneFattori di aderenza
Terminologia dei fattori di aderenza batterica (2)ADESINE
Fimbrie
ADESINE
Aderenza di E. coli a cellule HeLa
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Colorazione Giemsa Microscopia elettronica, SEM
Dopo 2 h di incubazione si notano numerosi batteri adesisulla superficie cellulare.
Aderenza di E. coli a cellule Hep2
Pattern di aderenza a Hep2
Trabulsi L. R. et al. Emerging Infectious Disease, 2002
Pedroso M.Z. et al. Infect. Immun. 1993
ADESINE
Slime
P. Catalanotti et al. 2005
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Formazione del biofilm
Annual Review of Microbiology, 2002
1. Contatto e adesione reversibile (flagelli e motilità)2. Adesione irreversibile (fimbrie e polisaccaride PGA)3. Formazione microcolonie e inizio formazione biofilm
(motilità, antigene 43, acido colanico, polisaccaride PGA)4. Maturazione (ac. colanico, Curli, pili coniugativi)5. Dispersione batteri (flagelli e motilità)
1 2 3 4 5
5
Coagulasi
Slime
Test coagulasi
IMPEDINE
Capsula
Proteasi
INVASINE
idrolizza l‛acido ialuronicoIaluronidasi
Chinasila streptochinasi lisa i coaguli di sangue
Emolisine
Neuraminidasiin S. pneumoniae attacca le glicoproteine ei glicolipidi delle membrane
AGGRESSINE
EsotossineT. citolitiche
Enterotossine
T. pantrope
T. neurotrope
Biken test (LT di ETEC)
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MODULINE
endotossina dei batteri Gram negativiLipopolisaccaride
Effetti biologici del lipopolisaccarideATTIVAZIONE DEL COMPLEMENTO
(via classica e via alternativa) LPS
TNF e altri mediatori
INFIAMMAZIONE
FIBRINOLISI
Fattore di Hageman
Fattore di Hageman attivato
Proattivatore del plasminogeno
Plasminogeno attivato
Pre PTA
PTA
COAGULAZIONE IPOTENSIONE
Precallicreina
Callicreina
Chininogeno
Bradichinina
Plasminogeno Plasmina
MODULINE
Porine
Effetti biologici delle porine
• rilascio di citochine infiammatorie dalinfomonociti
• attivazione del complemento
• effetto procoagulante su trombina,fibrinogeno o su entrambi
• rilascio di PAF da PMN, cellule mesangialie HUVEC
• inibizione dell‛attività immunitaria innata
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MODULINE
costituente prevalente della paretecellulare dei batteri Gram positiviattivazione del complementoliberazione di IL-1 e di TNFα
Peptidoglicano
Acido lipoteicoco (LTA)costituente prevalente della paretecellulare dei batteri Gram positiviattivazione del complementoliberazione di IL-1 e di TNFα
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