Rapporto microorganismi e

organismi pluricellulari

Tossine battericheTossine batteriche

ESOTOSSINE BATTERICHE

Proteine che danneggiano direttamente il tessuto o alterano il metabolismo della cellula bersaglio o innescano attività biologiche distruttive;

Secrete o rilasciate a seguito lisi cellulare;

Prodotte da Gram+ e Gram-;

Talora responsabili uniche malattia;

Veleni più potenti conosciuti;

Generalmente enzimi.

PRODUZIONE ESOTOSSINE

Rapporto crescita batterica

Non sono indispensabili per la crescita batterica

Essenziali per sopravvivenza e diffusione in particolari circostanze

Continua Fase stazionaria

SporulazioneContatto

dipendente

SEDE CODIFICANTE GENICO ESOTOSSINE

Categoria Microrganismo Tossina

Cromosoma batterico Bordetella pertussisBordetella pertussis

Pseudomona aeruginosaPseudomona aeruginosa

Shigella dysenteriaeShigella dysenteriae

Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus

Pertosse

Esotossina A

Neurotossina

Enterotossina A

Tossina A esfoliativa

Plasmidi Bacillus anthracis Bacillus anthracis

Clostridium tetaniClostridium tetani

Escherichia coliEscherichia coli

Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus

Antrace

Tetanospasmina

Tossina labile calore

Tossina B esfoliativa

Batteriofagi Clostridium botulinumClostridium botulinum

C. diphteriaeC. diphteriae

Escherichia coliEscherichia coli

Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus

Vibrio choleraeVibrio cholerae

Tossina botulinica

Tossina difterica

Verotossina

Enterotossina A

Tossina colera

Matrice extracellulareMatrice extracellulare

Strutture cellulariStrutture cellulari

BERSAGLI ESOTOSSINE

TOSSINE E MATRICE EXTRACELLULARE E MATRICE EXTRACELLULARE

1. Ialuronidasi(Staphylococcus aureus)(Staphylococcus aureus)

2. DNasi

3. Streptochinasi

4. Collagenasi(Clostridium perfringens)Clostridium perfringens)

5. Elastasi

6. Coagulasi

1. Tossine che agisconosulla superficie cellulare

2. Tossine che danneggiano la membrana cellulare

3. Tossine con targetintracellulare

4. Tossine inoculate direttamente nella cellula

TOSSINETOSSINE CON BERSAGLIO CELLULARE CON BERSAGLIO CELLULARE

• Proteine in grado di legarsi contemporaneamente all’MHCII ed alla porzione variabile del TCR

• Ciò causa un’attivazione delle cellule T in assenza dell’antigene specifico– Tossina della sindrome da shock tossico (S.

aureus)

– tossina eritrogenica (S. pyogenes)

1. TOSSINE E SUPERFICIE CELLULARE:Superantigeni

SuperantigeniSuperantigeni

A)A) Proteasi Proteasi B)B) Fosfolipasi, Fosfolipasi, Lecitinasi ( toxin C.perfrigens, di St.

aureus)

C)C) Tossine con attività datergente-simileTossine con attività datergente-simile

2. Tossine che danneggiano le membrane

LecitinaLecitinasi

H2OCa++

Digliceride + Fosforilcolina

D. Formanti-pori Spesso indicate come emolisine Proteine amfipatiche Legano colesterolo membrana citoplasmatica in maniera non saturabile Perturbano funzione membrana cellulare Rilascio citochine, attivazione proteasi intracellulari, apoptosi, morte cellulare

LYSIS!LYSIS!

–streptolysin O of Streptococcus pyogenes

–listeriolysin of Listeria monocytogenes

–alpha-toxin of S. aureus

Meccanismo d’azione delle tossine che

formano pori nelle membrane cellulari

Emolisine: causano lisi eritrociti

Alfa emolitici: lisi eritrocitaria incompleta

Beta emolitici: lisi eritrocitaria completa

Ganma emolitici: no lisi eritrocitaria

Streptococchi

3. TOSSINE CON TARGET INTRACELLULARE:organizzazione molecolare

Esempi di Tossine AB

Meccanismo d’azione tossine con bersaglio intracellulare

Legame recettore

Internalizzazione

Modificazione target intracellulare

Tossine tipo III

• Strutture tipo A-B

• Varietà di meccanismi con cui operano

Legame recettore

1. Tutte le tossine con target intracellulare legano con alta specificità recettore sulla membrana cellulare;

2. Recettore è un glico-lipide o glico-proteina.

Internalizzazione

A

A

B

B

NUCLEO

RETICOLO ENDOPLASMATICO

APPARATO DI GOLGI

ENDOSOMA

TOSSINA DIFTERICA E BOTULINICA

TOSSINA SHIGA E COLERICA

B

A

Modificazione target citoplasmatico

Nel citoplasma la porzione attiva della tossina catalizza una specifica reazione enzimatica modificando selettivi substrati;

Quattro attività enzimatiche sono state riconosciute in questa classe di tossine:

* ADP-ribosilazione

* Adenilato ciclasica

* Adenina glicoidrolisi

* Zn-endopeptidasi

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE:Tossina colerica

• Esistono ceppi tossigenici e nontossigenici di C. diphtheriae.

• Il gene tox che codifica per DT è veicolato da una famiglia di corynebacteriophagi

• Ceppi tossigenici di C.diphtheriae sono lisogenizzati da questi fagi.

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE:

Tossina difterica: tox gene

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE:Tossina difterica: struttura/funzione

Tossina difterica: legame al recettore:

• Il dominio R, che è parte della catena B, si lega al recettore specifico sulla cellula bersaglio.

• Questo recettore è il precursore del fattore di crescita epidermico legante l’eparina (HB-EGF).

• Endocitosi del complesso recettore-tossina.

• Il pH acidico dell’endosoma promuove un cambio conformazionale (T-dominio) che inserisce la tossina nella membrana della vescicola.

• La catena A è traslocata nel citoplasma.

• La riduzione del ponte disolfuro rilascia la catena A nel citoplasma.

Tossina difterica: endocitosi e traslocazione

Tossina difterica: attività enzimatica

TOSSINE CON ATTIVITA’ ADENIL-CICLASICA INTRINSECA

* B. pertussis, B. parapertussis, B. bronchisepticaproteina bifunzionale (177.7-kDa)

> emolisina pore-forming (1306 AA);> adenilato ciclasica (400 AA) calmodulino-dipendente

* B. anthracisTossina antrace costituita da 3 proteine

> fattore edemigeno> fattore letale> subunità di legame al recettore

Meccanismo d’azione tossina antrace

Meccanismo d’azione tossina antrace

TOSSINE CON ATTIVITA’ ZN-ENDOPEPTIDASICA

Neurotossine tetanica e botulinica;

Paralisi spastica versus paralisi flaccida >> blocco rilascio neurotrasmettitori;

Contengono la sequenza HExxH che è coinvolta nel legame dello Zn nelle endopeptidasi-Zn dipendenti;

Atomo di Zn è essenziale per funzione tossina e prevenire neuroesocitosi;

Tossina Tetanica

Rilasciata da lisi batterica come unico peptide inattivo 150 kDa;

Scissa da endopeptidasi

Proteolisi RiduzioneS

Hn Hc

HS ZnZn2+

Hn Hc

SS

Zn2+

Hn Hc

SS

Lega gangliosidi GT1 membrane neuroni che innervano sede inoculo/germinazione spore e penetra nelle cellule per endocitosi recettore mediata;

Risale il SN mediante trasporto intra-assonico inverso in motoneuroni, neuroni sensoriali, neuroni adrenergici >>> passa per via transinaptica ai neuroni inibitori bloccando rilascio GABA e glicina.

Tossine neurotrope: tossina Tossine neurotrope: tossina tetanicatetanica

• TT agisce

bloccando

il rilascio dei

neurotrasmettito

ri inibitori a

livello dello spazio

sinaptico.

• Contrazione

contemporanea

muscoli agonisti e

antagonisti

(paralisi

spastica).

• Morte per blocco

respiratorio.

Tossina Botulinica

Rilasciata da lisi batterica come unico peptide inattivo 150 kDa;

Scissa da endopeptidasi

Assorbita tratto gastrointestinale passa in circolo e lega gangliosidi GD1b presenti nelle membrane neuroni colinergici ed entra nelle cellule per endocitosi recettore mediata;

Subunità catalitica penetra nel citoplasma dopo acidificazione endosoma ed agisce inibendo secrezione di Ach in tutte le sinapsi colinergiche incluse motoneuroni, fibre pregangliari e postgangliari parasimpatiche.

Tossine neurotrope: tossina Tossine neurotrope: tossina botulinicabotulinica

La tossina botulinica agisce a livello del SNP, bloccando a livello pre-sinaptico il rilascio di acetilcolina. Mancata contrattura dei muscoli e paralisi flaccida.

MECCANISMO D’AZIONE TOSSINETETANICA E BOTULINICA

Sintassina Snap-25

4. TOSSINE INOCULATE DIRETTAMENTE NEL CITOPLASMA CELLULA BERSAGLIO

Alcuni batteri virulenti (Salmonella, Shigella, Yersinia) non rilasciano le loro tossine nell’ambiente;

Questi batteri intossicano singole cellule eucariotiche utilizzando un apparato di secrezione contatto-dipendente per inoculare sostanze tossiche nel citoplasma delle cellule bersaglio;

I Gram- utilizzano un apparato di secrezione di tipo III (struttura simil flagellare) o di tipo IV (struttura simil pili coniugativi);

TARGET TOSSINE INOCULATE NEL CITOPLASMA CELLULA BERSAGLIO

Processi di fosforilazioneProcessi di fosforilazione> Yersinia Ypk e YopH> EPEC Tir

Piccole proteine GPiccole proteine G> S. typhimurium SopE> P. aeruginosa esoenzima S> C. botulinum esoenzima 3

Metabolismo dell’inositolo fosfatoMetabolismo dell’inositolo fosfato> S. dublin SopB

E. Coli enteropatogena (EPEC)

• Primo passo è l’adesione dei batteri alle cellule epiteliali intestinali mediante pili di tipo IV

• Legame innesca espressione di un apparato di secrezione di tipo III che consente al batterio di inoculare direttamente nella cellula ospite proteine sintetizzate dal batterio

EspB inoculata nella cellula bersaglio attiva a sua volta proteine coinvolte nella trasduzione segnaleTir (transmembrane intimin receptor) è inserita nella membrana della cellula bersaglio

La proteina EspA consente di colmare la piccola distanza tra batterio e cellula intestinale e di inoculare EspB e Tir

Domande1. Cosa si intende per microrganismo saprofita e parassita?2. Quali forme di rapporto si possono instaurare tra un parassita ed il suo ospite

pluricellulare?3. Quali sono i vantaggi che fornisce la flora microbica saprofitica del tratto GI al suo

ospite?4. Quali sono i fattori che influenzano l’evoluzione dell’incontro tra un

microrganismo ed un ospite pluricellulare?5. Quali sono le principali vie di infezione?6. Quali sono i meccanismi di difesa aspecifici di cui è dotato un organismo

pluricellulare per controllare la popolazione microbica presente su cute e mucose?7. Quali i meccanismi di difesa specifici di cui siamo dotati per neutralizzare i

microrganismi?8. Cosa si intende per carica infettante?9. Cosa si intende per virulenza di un microrganismo e da cosa è determinata?10. Descrivere le varie fasi nello sviluppo di una infezione11. Adesione batterica: significato e strutture coinvolte12. Colonizzazione: significato e modalità di colonizzazione per i vari distretti

corporei13. Biofilm: struttura, significato biologico ed importanza per processi infettivi

14. Meccanismi di disseminazione batterica15. Meccanismi di escape dalla risposta immunitaria16. Cosa si intende per Patogeni intracellulari e quali le strategie usate da questi batteri17. Meccanismi di patogenicità batterica diretti ed indiretti18. Endotossine batteriche: struttura, meccanismo d’azione ed effetti nell’ospite19. Caratteristiche generali delle esotossine20. Tipi principali di esotossine21. Tossine con target extracellulare22. Esotossine tipo I: tossine che agiscono sulla superficie cellulare23. Esotossine che danneggiano la membrana cellulare24. Cosa sono e quale è la struttura/meccanismo d’azione delle emolisine25. Determinanti genetici delle esotossine batteriche con esempi26. Esotossine con target intracellulare: descriverne il meccanismo d’azione27. Esotossine con target intracelulare: descriverne la organizzazione molecolare28. Esotossine con target intracellulare: descrivere tipo di attività enzimatica catalizzata29. Esotossine batteriche: tossina colerica (struttura e meccanismo d’azione)30. Esotossine batteriche: tossina antrace (struttura e meccanismo d’azione)31. Esotossine batteriche: tossina difterica (struttura e meccanismo d’azione)32. Esotossine batteriche: tossine botulinica e tetanica (struttura e meccanismo d’azione)33. Tossine di tipo IV: inoculate nella cellula bersaglio34. Applicazioni biotecnologiche tossine batteriche35. Cosa sono le infezioni opportunistiche e quale la loro rilevanza