sul corpo umano sono presenti miliardi di cellule...
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Sul corpo umano sono presenti miliardi di cellule batteriche con relazioni di
mutualismo commensalismo
Un esempio di batteri commensali può essere quello delle specie saprofite che risiedono nell’orecchio o sui genitali
una relazione mutualistica è quella del microbiota intestinale che riceve nutrimento e riparo e produce vitamina K e vitamine del complesso B
La quantità di microrganismi presenti sul corpo umano è sbalorditiva: una persona “media” ha 1013 cellule proprie, 1014 cellule batteriche
nell’ intestino e 1011 cellule batteriche sulla pelle
In termini percentuali, questo significa che il 90% circa delle cellule presenti in un corpo umano è procariotico
MicrococcusCorynebacterium
Staphylococcus
L’epidermide intatta è la prima barriera di difesa
È colonizzata soprattutto da monodermiche sfruttano i nutrienti prodotti da
Ghiandole sebacee Ghiandole sudoripare
Dopo la pubertà il possono diventare dominanti i batteri del genere
Propionibacterium
Scindono i lipidi del sebo producendo acidi grassi (es ac.oleico) che limitano la crescita di altre specie
La cute è un ambiente omogeneo per temperatura ma il tasso di umidità, variabile, definisce ambienti differenti in cui si trovano specie diverse.
occludendo un'area della cute dell'avambraccio (secca), nel giro di 4
giorni la popolazione microbica passa da 3x103 a 3x108 cellule /cm2
3x1033x108
Aw è il fattore abiotico più importante nel limitare la quantità di batteri
e provvedono al rapido ripopolamento delle aree
dopo la detersione
I microrganismi nelle ghiandole sebacee e nei follicoli di peli e capelli non sono raggiunti dalla
normale pulizia
Nella bocca si trovano specie capaci di adesione forte
Gli streptococchi orali producono glucanie formano la placca
Tratto respiratorio superiore+bocca
umido
Ingresso continuo di microrganismi
Nel cavo orale e nell’orofaringe si trovano anche molte specie anaerobie
Il nasofaringe può essere colonizzato da specie potenzialmente patogene
Tenue
duodeno
digiuno
ileo ANAEROBI E FACOLTATIVI
LATTOBACILLIE COCCHI
Dal duodeno verso l’ileo diminuisce l’ossigeno e aumenta il pH
Tratto gastro-enterico
Le osservazioni sull’effetto protettivo della flora intestinale contro i patogeni sono all’origine degli studi sull’impiego di batteri
probiotici come additivi per gli alimenti
Sono principalmente bifidobatteri e lattobacilli (batteri che utilizzano gli zuccheri come fonte di energia e producono acido lattico)
Probiotici: batteri che mantengono in equilibrio funzionale l’intestino proteggendo
l'organismo dalle malattie
Nll’intestino crasso (colon) l’ossigeno è stato consumato
Il rapporto Bacteroides/E. coliè = 100:1
Gli anaerobi fermentanoi polimeri indigeribili
Tratto uro-genitale
Il tratto esterno dell’uretra è colonizzato in entrambi i sessi
VAGINANelle donne adulte la vagina
è colonizzata dai
Lattobacilli
Scindono il glicogeno prodottodalle cellule epiteliali
Mantengono il pH intorno a 4,4-4,6
Le quantità sono riferite al numero di microrganismi per grammo di tessuto o fluido o per cm2 di superficie
105-106
Cuoio capelluto
<10-103
Occhi, protetti
109
Cavo oraleAerobi e anaerobi
106-107
Cute umida105-106
TenueLattobacilli, enterococchi
109-1011
CrassopH alcalino, Gram-negativi
103
Cute secca
RICAPITOLANDO..
La malattie infettive sono causate
Da poche specie che hanno evoluto adattamenti specifici per il parassitismo
Dalla rottura dell’equilibrio tra specie commensali e il loro ospite
i batteri patogeni possono essere:
Intracellulari facoltativi
Intracellulari
extracellulari
Usando strategie differenti per interagire con l’ospite
Una specie che abbia evoluto strategie di adattamento per parassitare un ospite, viene definita patogena.
Il potere patogeno è un attributo della specie, e viene definito dalla precisazione dell’ospite
Vibrio choleraeè patogeno per l’uomo;
Aeromonas salmonicida è patogeno per i pesci
All’interno di una specie patogena la forza della patogenicità di un ceppo ne definisce virulenza..
Anche quando è avirulento, un ceppo appartenente a una specie patogena
continua a essere considerato patogeno
1177
Shasta
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
rappresentandolo schematicamente con un graficoIl potere patogeno si può valutare come danno provocato
Entità del danno
STATO IMMUNITARIO
L’entità del danno varia con
il grado di virulenza
patogenoII
Patogeno; la risposta può aggravare il
quadroIII
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 1Es. 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
Entità del danno
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
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 dihamburger 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)
Tutto ciò che favorisce l’espressione della patogenicità va considerato un fattore di virulenza
TOXENZIMIREGOLATORICOLONIZZAZIONEINVASINE
“relatività” del concetto di patogenesi riconsiderare la definizione di “Fattore di virulenza”
REGOLAZIONE GENICA
VIRULENZA
Patogeno obbligato ospite-dipendente
Rickettsia Mycoplasma
Patogeno virulento ospite-dipendente
M. tuberculosisB. pertussis
Isolamento della popolazione Perdita di ricombinazione
Patogeno virulento a ristretto spettro d’ospiteS. 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 O157H7S. TyphimuriumB. bronchiseptica
M. leprae
LA STRADA VERSO LA PATOGENESI PUO’ ESSERE LUNGA
Patogeno
NON patogenotRNA
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; ilcontenuto G+C è diverso
dal resto del cromosoma
tRNA mobAint 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
inattivazio/delezionenei 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
virDopo molto tempo restano solo i geni di virulenza, integrati nel cromosoma
Se acquisire è essenziale
anche liberarsi di qualcosa può essere molto utile..
Eliminare i “GENI DI AVIRULENZA”
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
l’evoluzione verso la patogenesi diventa via via sempre più conveniente
ma, contemporaneamente, può ridurre quella nello stile precedente
DIFESE INNATE(RAPIDE)
corredo COMUNE ai diversi individui
DIFESE ADATTATIVE(LENTE)
Esperienza PERSONALE di contatto con i microbi
Difese a ponteIntermedieNK + B-B1
BARRIERE, INFIAMMAZIONE
Linfociti B, linfociti T
complemento
PER UN PATOGNO, LA PRIMA NECESSITA’ E’ QUELLA DIELUDERE LE DIFESE DELL’OSPITE
BARRIERE
Barriere esterne (aspecifiche):
FISICHE
CHIMICHE
pH +/- acidosucchi gastriciCutevagina
Cute mucose integre
Fattori umorali dell’immunità naturale(composti chimici) Es.
lisozimaTransferrine
lattoperossidasi
seboMucociglia detersione (fluidi)
Fattori umorali dell’immunità naturale LISOZIMA
rompe i legami β-1-4 glicosidici tra
N-acetil-glucosamina e acido N-acetilmuramico
.
Legame β (1-4)glucosidico
NAM
N-acetilmuramico
NAG
N-acetil-glucosamina
Distrugge il peptidoglicano
attivo soprattutto sui monodermi
LATTOFERRINA (famiglia transferrine)
chela il ferro limitazione del ferro disponibile
CONTROLLO
Crescita microbica
chemiotassi dei leucociti
fagocitosi
Latte, lacrime, saliva
FATTORI DI ADESIONE
I patogeni i 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
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 biochimicamenteidentiche 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
assemblaggiodella fibra
Disassemblaggiodella 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
DIFESE INNATE seconda linea (Oltre le barriere)
INFIAMMAZIONE ACUTA
RUBOR: Aumentato flusso sanguigno
TUMOR: Edema (fuoruscita di liquidi nei tessuti)
CALOR: Innalzamento della temperatura (iperemia e aumento del metabolismo cellulare)
DOLOR: Mediatori chimici e compressione dei nervi
FUNCTIO LAESA:
Rudolf L. K. Virchow1821 –1902
Aulo Cornelio Celso (25 a.C. - 50 d.C.)
IN CONDIZIONI DI NORMALITÀ IL MECCANISMO DELL’INFIAMMAZIONE
DEVE ESSERE INATTIVONORMALITA’
OFFINFEZIONE
ONQUAL’E’ L’INTERRUTTORE?
ON
OFF
Microbe AssociatedMolecular Pattern
Si ritiene che il sistema immunitario innato ne riconosca CIRCA 1000
Riconoscimento MAMP
ALLARME RISPOSTA INNATA
MODULATA IN MODO PROPORZIONALE ALL’ENTITA’ DELL’ATTACCO
GRANULOCITI NEUTROFILI
Polimorfonucleati (PMN)
INFARCITE DI GRANULI
= LISOSOMI GIGANTI
enzimi ossidativiproteasi
defensine
ROS
UCCISIONE BATTERI
CELLULE TERMINALI
Il richiamo dei PMN non è garanzia di uccisione dei microbi
Morte PMN
PUS
VITA BREVE
FAGOCITOSI
fagosomanascente
fagosomaprecoce
fagosomatardivo
Fusione con lisosoma
(fagolisosoma)morte
batterica
Ogni stadio ha marcatori specifici
La cascata si completa in 40-60’
minuti
nella fagocitosiintervengono alcune frazioni del
complemento
COMPLEMENTO (C’): 25 proteine plasmatiche 7 recettori diversi
riconoscono le componenti di C’Opsonizzazione batteri
lisi batteri
lisi cellule infettate (da virus)
Induzione dell’infiammazione
Chemiotassi dei leucociti
Normalità: OFF
ATTIVAZIONE
via classica(Complesso Ag/Ab)
via alternativasuperficie del patogeno
RICHIEDE ANTICORPI(RISPOSTA
ADATTATIVA)
via della lectinaMannano (patogeno) +
lectine (siero)In realtà la più
frequente..
Attivazione del complemento VIA ALTERNATIVA
C3Idrolisi spontanea
(instabile in fase acquosa)
C3aC3b
In presenza di un patogeno C3b si lega covalentemente alla superficieC3b
C3b legato si lega al “fattore B”BbB
BaIl fattore B legato a C3b viene tagliato dal fattore D (proteasi)
C3bBb = C3 convertasi della via alternativa
RUOLO CHIAVE NELL’INFIAMMAZIONE
C3
C3a
C3b
Complesso C3bBb3b:C5 convertasi
C3 convertasi
C5a
C5bC5b si lega e richiama
C6-C7-C8-C9 (polimerico)
Formando il MAC(membrane attack complex )
Che provoca la formazione di fori nelle membrane di cellule eucariotiche e batteri didermi
Una molecola di C3 o C5 convertasi può catalizzare il taglio di centinaia-migliaia di molecole bersaglio
Opsonine
Legano i microbi ai fagociti
C3b (C4b) ha un’azione OPSONIZZANTE
Con un meccanismo a cerniera che coinvolge recettori
sui batteri e sui fagociti
C3b si lega in modo ASPECIFICO alle superfici batteriche
Il taglio espone un legame tioestere molto reattivo Che reagisce con gruppi OH
di cellule vicine
C3b OH
Se C3b si lega a cellule eucariotiche è distrutto dal fattore H (proteasi)
I batteri non hanno il fattore Hrestano opsonizzati
Sui fagociti ci sono recettori SPECIFICI che stimolano la fagocitosi dei batteri
opsonizzati
C3b
NORMALITÀ
Fagocitosi lenta
RICHIAMO
chemiotassinecomplemento
Chemiotassine batteriche
ATTIVAZIONE
OPSONINEAnticorpi
Es. N-term rimosse dalle proteine
C5a-C3a-C4a si legano anche ai mastociti
ATTIVITA’ ANAFILOTOSSICA
Rilascio di istamina e NO
ne inducono la degranulazione
vasodilatazione
Cellule ricche di granuli citoplasmatici situate nel tessuto connettivo,
specialmente lungo i vasi sanguigni
MONOCITI
CELLULE A VITA LUNGA
DIFFERENZIABILI
ARRIVANO DOPO I PMN
RICHIAMO:
sostanze emesse dai PMN
ELIMINANO DETRITI E
BATTERI RESIDUI
ATTIVAZIONE
CITOCHINE:
I monociti possono stabilirsi nei tessuti
MACROFAGI
molecole proteiche prodotte da vari tipi cellulari
citochinecitochine
MONOCITI/MACROFAGI: RUOLO CENTRALE NELLA RISPOSTA IMMUNITARIA
INTERAGISCONO CON ALTRE CELLULE ATTRAVERSO LE CITOCHINE
Cellule delle mucose
INFIAMMAZIONE ACUTACELLULE DELL’IMMUNITA’
ADATTATIVA
Attivazione dei macrofagi
TLR (Toll-Like-Receptors) Specifici per le sottopopolazioni di MAMP
Alcuni sulle membrane di molte cellule
Altri sulla membrana del fagosoma
Bersagli esterni Bersagli interni
TLR + bersaglio
NF-kB (nuclear Factor kB)
citochine
ELUSIONE DELLE DIFESE DELL’OSPITE
Impedire l’attivazione del complemento
Es. Neisseria: acido sialico
Reprimere l’attivazione Poxvirus: proteina che quella adibita al controllo dell’attivazione di C’
STRATI S
MASCHERAMENTO DEI RECETTORI PER IL COMPLEMENTO
Impedire la penetrazione del M.A.C
Es. Salmonella: rivestimenti esterni
PREVENZIONE DELLA FAGOCITOSI
INIBIZIONE DEL RICHIAMO DEI PMN
MODULAZIONE NEGATIVA DELLA PRODUZIONE DI MOLECOLE
CHEMOTATTICHE
VARIAZIONE DIANTIGENI SUPERFICIALI
OSTACOLO AL RICONOSCIMENTO
Paralizzare il citoscheletro di actina dei fagociti
OSTACOLO ALLA FAGOCITOSI
CIRCONDARSI DI UNA CAPSULA VISCOSA (BATTERI DIFFUSI
DAL SANGUE)
L’ESPLOSIONE DEI LISOSOMI NEL CITOPLASMA
microrganismi relativamente resistenti agli enzimi lisosomiali
UCCISIONE DEI FAGOCITI
Sono in grado di causare..
Il patogeno altera l’assetto superficiale della vescicola
lisosomale impedendo la fusione con il lisosoma
INIBIZIONE DELLA FORMAZIONE DEL FAGOLISOSOMA
ELUSIONE DELLE DIFESE INNATE(DOPO LA FAGOCITOSI)
-SHIGELLE IN MOTO-
SERVIZIO FOTOGRAFICO INSTITUT PASTEUR
Alcune specie (Listeria, Shigella, Rickettsia) possono intervenire sui filamenti di actina dell’ospite e farsi “spingere” da una cellula all’altra
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