Interazione ospite-parassita: PATOGENESI BATTERICA

  GLI ANIMALI E L’UOMO OSPITANO UN NUMERO ESTREMAMENTE ELEVATO DI TALE COLONIZZAZIONE AVVIENE AL MOMENTO DELLA NASCITA E PERMANE IN LINEA GENERALE SI PUO’ AFFERMARE CHE I BATTERI RESIDENTI IN UN DANNOSI FINO A CHE SI TROVANO NEL DISTRETTO ANATOMICO CHE “residenza” MENTRE POSSONO ESSERE CAUSA DI INFEZIONI QUANDO SI LOCALIZZANDOSI IN ALTRI DISTRETTI ANATOMICI.

Flora microbica “normale” (o microbiota residente)

   La colonizzazione microbica ha inizio al  Colonizzazione “selettiva” (cute, mucose) del  neonato da parte della flora vaginale materna adulto  flora L’insieme di microrganismi residente in un come flora “normale” (o residente)  Composta da più di 200 specie  Bacteria > Funghi eucarioti, protisti Tessuti interni (cervello, sangue, muscolo) sono fisiologicamente “sterili”

Flora microbica “normale”

SIMBIOSI

   Mutualismo: beneficio dall’interazione  sia il microrganismo che l’ospite traggono mutualismo tra varie specie batteriche Commensalismo: il microrganismo vive nell’ospite senza provocare alcun danno Parassitismo: il microrganismo (parassita) vive su/all’interno dell’ospite a spese di quest’ultimo (danno) PARASSITI FACOLTATIVI PARASSITI OBBLIGATI possono sopravvivere nell’ambiente esterno come organismi sono capaci di sopravvivere solo nell’organismo ospite.

PATOGENESI BATTERICA

   

Interazione ospite-parassita:

Commensalismo Mutualismo Parassitismo

La patogenicità non è la regola; in effetti, si manifesta con una frequenza così bassa, coinvolgendo un numero di specie talmente circoscritto, considerata la straordinaria diffusione dei batteri sul nostro pianeta, da rappresentare un’anomalia. La malattia è dovuta solitamente a “trattative” per la simbiosi tra organismi che non vanno a buon fine, a un superamento della linea di separazione da una parte o dall’altra, a una “errata interpretazione” biologica dei rispettivi “confini” - Lewis Thomas

Interazione “ospite-microrganismo”

Il rapporto tra ospite (uomo) e microrganismo è, generalmente, una

simbiosi di tipo mutualistico e/o commensale:

• Vantaggi per il microrganismo:  Sorgente di nutrienti •  Habitat ideale per la crescita e la divisione cellulare Vantaggi per l’ospite:  Assorbimento di vitamine (vit. K, biotina, riboflavina) prodotte da batteri intestinali  possibile inversione del rapporto simbiontico  Prevenzione della colonizzazione di patogeni  produzione di batteriocine (strept. viridanti vs S. pyogenes, N. meningitidis, M. tuberculosis) e tossine, variazione E h  (produzione intestinale di acidi grassi a catena corta) produzione di Ab, stimolazione fagociti, dimuzione nutrienti

Competizione tra flora microbica “normale” e microrganismi patogeni

Lactobacillus acidophilus

Fermenta glicogeno secreto dalle cellule epiteliali vaginali, riducendo così il pH ambientale a valori (~ 4.5) incompatibili con la crescita di gran parte dei microrganismi. In equilibrio con Candida albicans. Azione antifungina mediata dalla sintesi di perossido di idrogeno.

 

Equilibrio ospite-microrganismo

Flora “normale” = condizione dinamica Fattori che influenzano l’equilibrio ospite microrganismo:  Debilitazione fisica  maggiore presenza di Gram-negativi nell’orofaringe di soggetti malati (vs soggetti sani)    Dieta  assenza di carboidrati si traduce in riduzione di lattobacilli e S. mutans orali. P. aeruginosa in verdure; Candida albicans, C. tropicalis, Torulopsis glabrata in succhi di frutta Terapia antibiotica  Interferisce sul processo di adesione  Seleziona ceppi antibiotico-resistenti Infezioni virali respiratorie  Facilitano la colonizzazione batterica della mucosa (superinfezioni )

  

Adattamenti della flora “normale”

Tropismo tessutale: preferenza o predilezione per la colonizzazione di uno specifico tessuto:  Corynebacterium diphteriae - faringe      Neisseria gonorrhoea - epitelio urogenitale Streptococcus mutans - superficie dentale Vibrio cholerae, E. coli – epitelio intestino Staphylococcus aureus - naso Staphylococcus epidermidis - cute Colonizzazione specifica di un particolare tessuto o superficie mediante ligandi (adesine) che interagiscono con specifici recettori.

Organizzazione in “biofilm” su superfici tessutali o colonizzazione di biofilms preformati.

Un microrganismo è patogeno se è in grado di invadere e moltiplicarsi con conseguente danneggiamento dell’organismo ospite La PATOGENICITA’ dipende da:



fattori di virulenza



carica batterica (numero iniziale di batteri che infettano)



stato di salute, in particolare immunitario, dell’ospite

Principali fasi del processo patogenetico ESPOSIZIONE ADESIONE INVASIONE

COLONIZZAZIONE CRESCITA

TOSSICITA’ DANNO AI TESSUTI INVASIVITA’

Fattori di virulenza

 Conviene ricondurli alle principali categorie  Adesine  V. cholerae, E coli, Salmonella spp, N.

gonorrheae, N.meningitidis, Streptococcus

pyogenes, …  Invasine  Rickettsie, Clamidie, S. typhi; Shigelle; ….

  Capsule e microcapsule antifagocitarie 

S. pneumoniae

Parassitismo facoltativo nei fagociti  M. tuberculosis, Brucelle, S. typhi, F.

tularensis, …

Proteine batteriche extracellulari che possono essere considerate INVASINE

TABLE 3. SOME EXTRACELLULAR BACTERIAL PROTEINS THAT ARE CONSIDERED INVASINS Invasin Bacteria Involved Activity

Hyaluronidase Collagenase Streptococci, staphylococci and clostridia

Clostridium

species Neuraminidase

Vibrio cholerae

and

Shigella dysenteriae

Degrades hyaluronic of connective tissue Dissolves collagen framework of muscles Degrades neuraminic acid of intestinal mucosa Coagulase Kinases

Staphylococcus aureus

Staphylococci and streptococci Converts fibrinogen to fibrin which causes clotting Converts plasminogen to plasmin which digests fibrin Leukocidin Streptolysin

Staphylococcus aureus Streptococcus pyogenes

Disrupts neutrophil membranes and causes discharge of lysosomal granules Repels phagocytes and disrupts phagocyte membrane and causes discharge of lysosomal granules Hemolysins Streptococci, staphylococci and clostridia Lecithinases

Clostridium perfringens

Phospholipases

Clostridium perfringens

Anthrax toxin Pertussis toxin

Bacillus anthracis Bordetella pertussis

Phospholipases or lecithinases that destroy red blood cells (and other cells) by lysis Destroy lecithin in cell membranes Destroy phospholipids in cell membrane One component (EF) is an adenylate cyclase which causes increased levels of intracellular cyclic AMP One toxin component is an adenylate cyclase that acts locally producing an increase in intracellular cyclic AMP

Fattori di virulenza

    

Leucocidine

 S. aureus; S. pyogenes; P. aeruginosa, …

Siderofori



P. aeruginosa, ….

Enzimi istolitici

 Clostridi della gangrena gassosa

sIgA proteasi

 Neisserie, …

Mimetismo e variabilità antigene

 B. recurrentis; N. gonorrhoeae; Plasmodi; S. aureus

Competizione tra le cellule dell’ospite ed i patogeni batterici per il ferro dimostrando l’importanza dei siderofori

Controllo genetico

I fattori di virulenza e di patogenicità possono essere intrinseci, cioè far parte del genoma della specie, o possono essere acquisiti, con uno dei vari meccanismi di trasferimento genico. [trasformazione, coniugazione, trasduzione, conversione lisogena] Possono risiedere nel cromosoma, o possono risiedere in elementi genetici accessori.

Schema di acquisizione

Le principali strutture coinvolte nel trasferimento genico orizzontale di un gene di patogenicità

PAIs Fagi Tn Plasmide

ISOLE DI PATOGENICITA’          Contengono uno o più geni di virulenza Sono presenti solo nei ceppi patogeni Sono di grandi dimensioni 10-200 kb Hanno un diverso contenuto in G+C (recente HTG) Sono spesso inserite in geni per tRNA Sono fiancheggiate da sequenze di DNA direttamente ripetute (DR) Sono associate a elementi genetici mobili Sono instabili Rappresentano strutture a mosaico (Dobrindt

et al

., 2004)

Le Isole di Patogenicità si possono excidere dal genoma attraverso ricombinazione tra le sequenze presenti nelle sequenze direttamente ripetute (DR)

Ipotetico ciclo di vita delle isole genomiche

FATTORI DI VIRULENZA CODIFICATI DALLE PAI 1. sistemi di escrezione 2. interferenza con il sistema immune 3. adesività e colonizzazione 4. modulatori di funzioni della cellula ospite 5. internalizzazione 6. sopravvivenza/moltiplicazione intracellulare 7. sottrazione di nutrienti ( es: ferro)

A. The cag island of H. pylori harbors genes for a type IV secretion system that can translocate the toxin CagA into human cells, B. The SP-1 island of S. typhimurium encodes a type III secretion system, secreted proteins and regulatory proteins. C. The HPI island of Y. enterocolitica has genes that encode a iron uptake system D. The vSAL island of multiple drug-resistant S. aureus (MRSA) encodes a remarkably high number of enterotoxins.

Non soltanto Pathogenicity Island : il fenomeno coinvolge altri gruppi di geni Genomic Island

Geni di virulenza

Pathogenicity island

Uropathogenic E.coli Geni per la simbiosi

Symbiosis Island

Mesorhizobium loti

Geni per l’utilizzazione di zuccheri

Metabolic Island

Salmonella senftenberg

Geni per la resistenza ad uno o più antibiotici

Resistance Island

Staphylococcus aureus