Cenni di microbiologia e contaminazione biologica

MICROBIOLOGIA
Giordano Felice
Dip. Sanità Pubblica e Malattie infettive
La microbiologia…..
•
Si occupa di studiare le cellule viventi ed il loro funzionamento
•
Analizza la varietà e l’evoluzione dei microrganismi (come e perché ci sono tante
specie microbiche)
Analizza le interazioni dei microrganismi col mondo circostante, con la società
umana, con l’organismo umano, con animali e piante.
Può essere vista come
•
•
– Microrganismi  cellule in grado di condurre vita indipendente, invisibili all’occhio
umano
• Batteri (cellule semplici ma di grande importanza)
– Scienza biologica di base: per studiare i processi vitali partendo da microrganismi (più
semplici da studiare rispetto agli organismi complessi)
– Scienza biologica applicata: per trattare molti problemi di interesse pratico in medicina,
agricoltura e industria dove i microrganismi possono avere un ruolo:
• Negativo
 come causa di malattie di uomo, animali e piante
• Positivo  fertilità dei suoli, flora batterica intestinale, processi industriali (es.
fermentazione)
Breve storia della microbiologia
Le scoperte vanno di pari passo alla messa a punto di microscopi sempre più potenti
• 1664 Robert Hooke descrisse le strutture fruttifere delle muffe.
• 1684 Antoni van Leeuwenhoek inventò il primo microscopio col quale mise
a fuoco dei batteri con buona nitidezza.
•……
•……
•19° secolo  impulso importante allo sviluppo della microbiologia:
• messa a punto di microscopi a più alta risoluzione
• messa a punto di tecniche di base per la preparazione dei vetrini da
analizzare (es. coloranti)
• impulso per la risoluzione di due importanti quesiti:
•Esiste la generazione spontanea?
•Qual è la natura delle malattie infettive?
Generazione spontanea
Alcuni studiosi erano convinti che la putrefazione che si verifica su un alimento lasciato
all’aria aperta, fosse causata da microrganismi che si formavano ex novo nel cibo alterato:
I batteri si potevano formare da materiale non vivente??
Luis Pasteur (1864) dimostrò che nell’aria erano presenti dei microrganismi in grado di
contaminare il cibo
Matracci a “becco d’oca”=
lasciano passare ossigeno
ma non virus o batteri
Teoria della biogenesi: la vita può generarsi solo a partire da altri esseri viventi
Teoria microbica delle malattie
Robert Koch: (1876) Studiò l’antrace, una malattia dei bovini determinata da un
batterio sporigeno (Bacillus Anthracis).
•I batteri erano sempre presenti nel sangue di animali morenti associazione.
•Iniettando sangue infetto in un animale sano questo si ammalava e moriva.
Prelevando da quest’ultimo il sangue infetto e iniettandolo in un altro animale
sano, anche questo si ammalava e moriva….così per 20 volte…il ventesimo bovino
aveva il sangue infettato dai batteri  causa.
Postulati di Koch  principi per verificare se un microrganismo è responsabile di una
malattia:
 L’organismo è sempre presente in animali ammalati e assente in animali sani
L’organismo è in grado di crescere in colture pure al di fuori del corpo dell’animale
Se inoculata in animali sani, una tale coltura porta alla comparsa dei sintomi
caratteristici della malattia
L’organismo isolato da questi ultimi animali è ancora in grado di crescere in coltura in
laboratorio, senza alterazioni rispetto all’organismo originario
Evoluzione tassi di mortalità delle principali malattie
nel mondo
Epidemiologia e malattie dell'uomo negli ultimi 100 anni
http://www.quadernodiepidemiologia.it/epi/intro/mal_uom.htm
La cellula
è l’unità fondamentale di tutta la materia vivente
•
•
•
•
Membrana cellulare  barriera che
separa l’interno della cellula
dall’esterno e permette lo scambio
di sostanze
Nucleo/nucleolo  che contiene
l’informazione necessaria per la
riproduzione.
Citoplasma  contenente tutte le
componenti necessarie al
funzionamento della cellula
(organelli cellulari).
Sostanze chimiche  proteine, acidi
nucleici, lipidi, polisaccaridi ecc.
La struttura della cellula
https://www.thinglink.com/scene/589399153574936578
Elementi distintivi di una cellula
1. Alimentazione autonoma (nutrizione). Assunzione di
sostanze chimiche dall’ambiente ed eliminazione delle
scorie.
2. Riproduzione autonoma (crescita). Sintesi di nuove
cellule.
3. Differenziamento. Formazione di nuove strutture
cellulari.
4. Comunicazione chimica. Scambio di messaggi
intercellulari tramite rilascio e assunzione di sostanze
chimiche.
5. Evoluzione. Le cellule evolvono portando alla comparsa di
nuove proprietà biologiche.
Principali forme di vita
Macrorganismi
Microrganismi
Procarioti
Eucarioti
Non noti
Animali
Piante
Archea
Alghe
Funghi
Protozoi
Batteri
Virus  Non sono cellule
Non possiedono quindi molte delle caratteristiche viste per le cellule
• Non sono sistemi dinamici aperti (incapaci di modificare/sostituire parti di se stesse)
• Si replica solo quando è associato ad una cellula (assume caratteristiche viventi)
• Non hanno un metabolismo proprio
• Posseggono materiale genetico (DNA o RNA), ma non hanno l’apparato traduzionale e per la sintesi
proteica usano quello delle cellule
• Dimensioni più piccole delle cellule ( ~100 nm)
Viroidi: piccole molecole di RNA (materiale genetico) circolare; più piccoli patogeni noti malattie
nelle piante coltivate (es. desquamazione corteccia agrumi: exocortis).
Prioni: interamente composti da proteine che codifica l’ospite e che poi loro probabilmente riescono a
modificare, infetta spesso i neuroni (encefalopatia spongiforme bovina, malattia di Creutzfeldt-Jakob
nell’uomo)
Eucarioti e procarioti
Si caratterizzano per la diversa struttura cellulare.
Comparto cellulare
Procarioti
Eucarioti
Membrana citoplasmatica
SI
SI
SI
SI= cellule vegetali
No= cellule animali
(mitocondrienergia,
cloroplastifotosintesi, ecc.)
Assenti
Presenti
Endospore (molto resistenti al calore)
Talvolta presenti
Assenti
Dimensioni*
Piccole (1-5 µm)
Grandi (2-200 µm)
Parete cellulare
(strato rigido esterno alla membrana –
protezione)
Organelli
Organizzazione nucleare
E.Coli (1 X 3 µm)
•Nucleolo non delimitato da
membrana
•Unica molecola di DNA
•Non si divide per mitosi**
• Nucleo delimitato da
membrana
•Varie molecole di DNA
•DNA si divide per mitosi
* Le cellule procariotiche hanno un rapporto Superficie/Volume maggiore  scambi con l’esterno più efficienti
un metabolismo più velocevelocità di crescita più elevatepopolazioni numerose
**Processo di divisione nucleare che porta a formare due cellule figlie con lo stesso corredo cromosomico
PROCARIOTE
Studiare le cellule
http://www.biologia-it.arizona.edu/cell_bio/tutorials/cells/cells2.html
EUCARIOTE
Classificazione: Batteri Gram+ e GramPer poter visualizzare le cellule tramite microscopio (ottico), esse possono essere
trattate con coloranti per poter metterne in evidenza delle strutture particolari.
– Coloranti che sfruttano la carica elettrica (es. cationici legano strutture cariche
negativamente acidi nucleici, polisaccaridi della parete cellulare
– Coloranti differenziali che colorano diversamente cellule diverse
Colorazione di Gram
Gram + (positive) viola
Gram - (negative) rosso
 Metodo di classificazione delle cellule batteriche
 Diversa resistenza agli antibiotici (es.agiscono
distruggendo la parete dei batteri)
Gram+  Staphylococcus aureus
Classificazione: forma
http://slideplayer.it/slide/548983/
Regno delle monere
http://capovolgilescienze.altervista.org/i-classe/mondo-dei-viventi/lezione-3-regnodelle-monere/
Classificazione: temperatura di crescita
•Minima: al di sotto della quale non si ha crescita
•Ottimale: massima velocità di crescita
•Massima: al di sopra della quale non si ha crescita  morte
Esempi
Psicrofili: soprattutto alghe (eucarioti) dei
ghiacciai
Mesofili: soprattutto molti dei batteri
patogeni che crescono intorno ai 37°C
(Escherichia Coli dissenteria - tossinfezione
alimentare). Anche quelli che producono
alterazioni negli alimenti. Essi non crescono a
basse temperature uso frigorifero.
Termofili: actinomiceti termofili fieno
(polmonite); Clostridium (alcune specie)
Classificazione: pH di crescita
Esempi
Acidofili: soprattutto funghi e muffe ma anche batteri (Thiobacillus, Sulfolobus, ecc)
Neutrofili: sono i più comuni, molti patogeni
Basofili: soprattutto in habitat fortemente alcalini (laghi alcalini, terreni ricchi di
carbonati). Molti batteri del genere Bacillus
Classificazione: concentrazione di
ossigeno per la crescita
• Aerobi
– Obbligati: O2 è indispensabile per la crescita (la maggior parte degli organismi
viventi)
– Facoltativi: O2 non è indispensabile ma la crescita è migliore in sua presenza
(es. lieviti)
– Microaerofili: O2 richiesto ma in concentrazione minore rispetto a quello
atmosferico (es. Lactobacillus)
• Anaerobi (presenti in fanghi, paludi, cibi inscatolati, cavità orale, tratto
intestinale)
– Ossigeno-tolleranti: O2 non richiesto, la crescita non è migliore in sua
presenza (es. Streptococcus)
– Obbligati: O2 è dannoso o letale (es. Clostridium)
Altre classificazioni
• Pressione di crescita (alcuni batteri che vivono a grandi profondità marine)
– Barotolleranti: aumenti di pressione non influenzano la crescita anche
se in molti casi il metabolismo è più veloce ad 1 ATM
– Barofili: crescono bene a pressioni elevate
• Concentrazione dei soluti di crescita
– Osmotolleranti: possono crescere in soluzioni con concentrazioni
diverse di soluti
– Alofili: adatti agli ambienti salini. Variazioni nella concentrazione di
soluti dell’ambiente esterno inibisce la crescita batterica (hanno una
concentrazione di soluti citoplasmatici simile a quella dell’acqua
marina, cosicché la cellula non perde acqua e non va incontro a
plasmolisi). Alofili estremicrescono in ambienti ad elevata salinità
– Osmofili: crescono in ambienti ad elevata concentrazione di zuccheri
– Xerofili: crescono in ambienti molto secchi
Classificazione: esigenze nutrizionali
per la crescita
• Fonti di energia
– Fototrofi: usano la luce (fotosintesi)
– Chemiotrofi: ossidazione di composti chimici organici o inorganici
• Fonte di carbonio (la maggior parte delle molecole che compongono gli esseri
viventi posseggono atomi di carbonio per formare molecole organiche (zuccheri,
proteine, ecc.)
• Autotrofi  sono in grado di sintetizzare queste molecole organiche a
partire da composti di carbonio inorganico (anidride carbonica CO2).
Piante, alghe, cianobatteri ecc. grazie alla fotosintesi clorofilliana formano
zuccheri
6 CO2 (Anidride carbonica) + 6 H2O (Acqua) + Luce → C6H12O6 (Glucosio) + 6 O2 (Ossigeno)
• Eterotrofi  devono utilizzare carbonio organico (es. zuccheri) già
sintetizzato da altri organismi come le piante o alghe ecc.
– Saprofiti: utilizzano i composti organici di organismi morti
decomponendoli
– Parassiti: utilizzano il metabolismo di altri animali (ospiti) per
procurarsi i composti organici. Se l’ospite subisce dei danni il
parassita è detto patogeno
Relazione ospite-parassita
E’ una relazione dinamica poiché ognuno modifica le
attività e le funzioni dell’altro.
Relazioni di simbiosi:
– Mutualismo: sia ospite che microrganismo traggono beneficio uno
dall’altro (es. i batteri della flora batterica intestinale che
contribuiscono alla digestione avendo in cambio un po’ del cibo)
– Commensalismo : un microrganismo beneficia della presenza
dell’ospite che non ne trae vantaggi ma non ne viene neanche
danneggiato (es. lo Staphylococcus epidermidis generalmente non
causa alcuna patologia; nell'uomo esso si trova sulla pelle, nelle narici,
in bocca e nell'orecchio esterno, nonché nell'uretra.
– Parassitismo: il parassita si nutre ai danni dell’ospite e nel caso in cui
lo porta ad ammalarsi/morte è detto patogeno
Quanto può essere dannoso un parassita?
•
Infettività: la proporzione di individui che si infettano sul totale di
quelli esposti all'agente (Infezione: riguarda la crescita dei
microrganismi nell’ospite, non la malattia)
•
Patogenicità: capacità del parassita di provocare un danno (malattia).
Dipende anche dalla resistenza o sensibilità dell’ospite. (morbillo
100%tutti quelli infettati si ammalano; poliomelite 1% il restante
99% sviluppa immunità)
•
Virulenza: indicano il grado di patogenicità del parassita (dose o n. di
cellule necessario per determinare una risposta patologica in un
determinato periodo di tempo)…quanto è grave la malattia.
• Invasività
• Tossigenicità
Esempio: Le cellule di Clostridium Tetani si spostano raramente dalla
ferita, ma possono provocare la morte dell’individuo a causa della
potente endotossina prodotta che invade anche i distretti più lontani.
Streptococcus pneumoniae è virulento ma al contrario ha un alta
invasività (polmoni) e bassa virulenza (non produce tossine)
Dove inizia l’infezione ?
In corrispondenza delle
mucose e di zone comunque a
contatto con l’esterno con un
certo microclima a differenti
gradi di umidità, pH e
temperatura  selezione di
diversi microrganismi.
Pelle
Cavità orale
Tratto respiratorio
Tratto intestinale
Tratto genito-urinario
Un numero elevato di microrganismi nei distretti interni di sangue,
sistema linfatico e organi interni  malattia
Adesione microbica alle cellule epiteliali
• L’aderenza è specifica:
– Specificità di tessuto: il microrganismo non
aderisce con la stessa efficienza su tutte le cellule
epiteliali dell’organismo (es. Neisseria
gonorrhoeae, l’agente eziologico della gonorrea
aderisce maggiormente alle cellule dell’epitelio
urogenitale dell’ospite).
– Specificità d’ospite: un batterio che aderisce ad
uno specifico tessuto epiteliale può farlo più
efficientemente in quello dell’uomo rispetto a
quello di un altro animale.
Batterio
patogeno
Rimane sulla superficie e
rilascia tossine
(Bordetella pertusiss, Vibrio
cholerae)
Penetra nella mucosa (in regioni
dell’epitelio dove al di sotto ci sono vasi
linfatici es. nasofaringe, tonsille ecc.)
Rimane localizzato, si moltiplica e
produce un piccolo focolaio
infettivo
(es.
Staphylococcus
pustole brufoli)
Diffonde ad altri organi tramite
vasi linfatici e sanguigni
infezione sistemica
Batteriemia: alta concentrazione di batteri nel
sangue
Come può essere provocato il danno?
• Il batterio si moltiplica e la massa batterica
provoca il danno  ostruzione vasi sanguigni,
blocco delle valvole del cuore, ostacolo al
passaggio dell’aria nei polmoni
• Il batterio produce tossine:
– Esotossine: la cellula rilascia delle tossine che
possono raggiungere vari distretti corporei
– Endotossine: sono delle tossine in forma di
molecole che fanno parte della membrana esterna
della parete cellulare. Esse vengono rilasciate solo
quando la cellula lisa e muore
PROPRIETA’ ESOTOSSINE E ENDOTOSSINE
Proprietà
Esotossine
Endotossine
Proprietà chimiche
•Proteine secrete da alcuni
batteri
•Gram+ o Gram•Sensibili al calore
•Liposaccaridi, lipoproteine
di parete
•Gram•Termostabili
Modalità d’azione/
sintomi
Specifica su cellule o tessuti
Non-specifica: febbre,
diarrea, vomito
Tossicità
Altafatali
Scarsamente tossiche,
raramente fatali
Attività piretica
Non inducono febbre
nell’ospite
Spesso inducono febbre
nell’ospite
Esotossine
• In base alle cellule bersaglio dell’ospite si
dividono in.
– Neurotrope: agiscono sulle cellule del sistema
nervoso
– Enterotossiche: agiscono sulle cellule della
mucosa intestinale
– Pantrope. Agiscono su tutte le cellule inibendo la
sintesi proteica.
Esempi di esotossine
Microrganismo
Patologia
Tossina
Effetti
Clostridium
botulinum
Botulismo
Neurotossina
Paralisi flaccida (muscoli
ipotonici)
Clostridium tetani
Tetano
Neurotossina
Paralisi spastica (muscoli
ipertonici)
Corynebacterium
dyphtheriae
Difterite
Tossina difterica
(pantropa)
Respiratori (nasofaringe)
Complicazioni: asfissia,
miocardite, neuropatie
periferiche e renali
Cutanea
Vibrio cholerae
Colera
Enterotossina
Induce perdita di liquido
dalle cellule
intestinalidiarrea
disidratazione
Escherichia coli
Gastroenteriti
Enterotossina
Induce perdita di liquido
dalle cellule
intestinalidiarrea
disidratazione
Bordetella pertussis
Pertosse
Tossina della
pertosse (pantropa)
Distrugge le cellule
Epitelio respiratorio,
cellule del sangue, cellule
nervose (encefalopatia)
Endotossine
• L’endotossina è il lipide A del lipopolisaccaride (LPS), cioè una parte della
membrana esterna dei batteri gram-negativi Escherichia coli, Salmonella,
Shigella, Pseudomonas, Neisseria, Haemophilus.
• Le endotossine rimangono associate alla membrana esterna fino alla
disgregazione del batterio, che può accadere per autolisi, lisi esterna o
digestione fagocitica.
Batterio
Gram -
Lisi (morte)
LPS
Cellula
dell’ospite
Pirogeni
endogeni
Febbre, diarrea
infiammazione
generalizzata
Centri
nervosi
Pelle
•
•
•
•
Solo le zone umide della pelle sono quelle favorevoli allo sviluppo di batteri: cuoio
capelluto, faccia, orecchie, ascelle, regione anale, genitourinaria ecc.
– Ghiandole sudoripare apocrine (es. genitali, capezzoli, ascelle, ombelico);
secrezione sterile (inodore) + Batteri  cattivo odore
– Ghiandole sebacee dei follicoli piliferi  habitat per molti batteri aerobi e
anaerobi, lieviti, funghi
Perché in corrispondenza delle ghiandole troviamo i batteri?
– Sono secrete sostanze nutritive: urea, aminoacidi, sali, acido lattico
– pH compreso tra 4 e 6
I batteri della pelle sono per la maggior parte Gram + (Staphylococcus,
Propionibacterium acnes ecc.). Sono eccezioni E. Coli (contaminazione fecale) e
l’Acinetobacter.
Fattori che fanno variare la flora batterica della pelle:
 Condizioni meteorologiche  aumento di temperatura e umidità sono condizioni
favorevoli
 Età  i bambini hanno una microflora più varia (più Gram -) con più potenziali patogeni
 Pazienti ospedalizzati  più organismi patogeni antibiotico-resistenti
 Abitudini igieniche personali
Cavità orale
•
•
Saliva: è ricca di sostanze nutritive, ma non favorisce la crescita batterica in quanto
è ricca di due enzimi antimicrobici:
– lisozima che scinde i legami glicosidici del peptidoglicano della parete cellulare
batterica  lisi della cellula
– lattoperossidasi che da una reazione in cui si forma ossigeno monoatomico in
grado di uccidere le cellule batteriche
Denti: nel primo anno di vita (assenza di denti) la flora microbica della bocca è
costituita da streptococchi e lattobacilli (anaerobi aerotolleranti)
– Placca dentale: si forma sulla superficie dentale ed è costituita da batteri
filamentosi anaerobi obbligati (es. Fusobacterium) inclusi in una matrice
amorfa ,costituita da saliva e polimeri extracellulari, che ostacola la diffusione
dell’ossigeno presente nell’aria.
– Esistono anche batteri aerobi che crescono sui materiali organici dei denti
Formazione placca
Dente pulito  pellicola organica (grazie all’adesione sulla superficie liscia del
dente di glicoproteine acide della saliva)  colonizzazione da parte di batteri
specializzati (Streptococcus sanguis, sobrinus, mitis)  colonizzazione di batteri
strettamente anaerobi come Actinomyces.
Formazione della carie
Ministero della Salute (2013)
http://www.salute.gov.it/imgs/C_17_pubblicazioni_2073_allegato.pdf
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Dovuta ai prodotti acidi che si formano nella placca
La parte liscia dei denti è più protetta rispetto agli interstizi saliva, lingua, masticazione,
spazzolino puliscono continuamente la superficie del dente. La forma dei denti può non
favorire la ritenzione di cibo negli interstizi.
Favorisce la carie una dieta (soprattutto fuori pasto) ricca di zuccheri  fermentazione da
parte di batteri (Streptococcus sobrinus e mutans)  acido lattico decalcificazione dello
smalto proteolisi dello smalto ad opera di enzimi batterici.
Incorporazione di composti di fluoruro nella matrice di calcio la rende più resistente 
dentifrici al fluoro, fluorizzazione delle acque.
La carie è una malattia infettiva!
Altre infezioni della bocca: malattie periodontali, gengiviti, ascessi (infezioni della polpa del
dente)
Come si difende l’organismo?
• Difese aspecifiche: dirette contro
un’ampia varietà di patogeni
• Difese specifiche: dirette contro
specie e ceppi batterici particolari
Difese aspecifiche
•
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Resistenza naturale di una specie. Sono dovute a differenze fisiologiche e
metaboliche come la mancanza di recettori per le tossine batteriche. Per es. alcuni
animali, come i procioni, sono più sensibili di altri alla rabbia.
Età. Es. La flora batterica intestinale nei neonati non è ancora formata  +probabilità
che batteri patogeni colonizzino l’intestino malattie
Stress. Può predisporre individui ad ammalarsi maggiormente. Una possibile
spiegazione: stress + cortisolo (ormone surrene)  azione antinfiammatoria
(infiammazione è una difesa)
Alimentazione. Carenze o eccessi nell’alimentazione fanno variare la flora batterica
intestinale. Eccesso nel consumo zuccheri  carie
Difese anatomiche. Pelle intatta è acida (ghiandole sebaceeacido lattico). Epitelio
ciliato del nasofaringe e trachea spingono verso l’alto i batteri. Lisozima
(antibatterico) in secrezioni (lacrime, muco, saliva ecc.). Milza, timo e cervello
producono proteine basiche (antibatteriche)
Specificità di tessuto. Ogni patogeno può avere un sito specifico di infezione. Per es.
le cellule di Clostridium tetani hanno bisogno di una ferita profonda per crescere e
moltiplicarsi in anaerobiosi. Se ingerite non provocano il tetano ma sono distrutte
dall’acidità dello stomaco
Difese cellulari
Esistono delle cellule (fagociti) circolanti nel sangue, nella linfa e in alcuni tessuti
che sono attratti dai batteri (o altre sostanze estranee all’organismo). I batteri
vengono ingeriti e digeriti.
•Fanno parte dei globuli bianchi (leucociti)
–Leucociti polimorfonucleati: sono piccoli, sono presenti nel flusso sanguigno e
midollo osseo si muovono velocemente e intervengono nelle prime fasi delle
infezione acute
–Macrofagi: si fissano sui tessuti del sistema circolatorio e linfatico e intervengono
nella fase acuta e cronica dell’infezione.
–Monociti: macrofagi circolanti
https://www.youtube.com/watch?v=Da-ISAs-Gtw
Esistono però microrganismi che riescono a vivere e riprodursi nei fagociti: virus, clamidie
(sindromi veneree Chlamydia trachomatis) Plasmodium falciparum della malaria Molti
ospiti non sviluppano la malattia e sono portatori cronici , ma infettivi.
Difese specifiche (risposta immunitaria)
•
Antigeni: molecole (es. parti della parete cellulare di un batterio) estranee
all’organismo che stimolano le cellule del sistema immunitario
– a produrre proteine dette anticorpi (immunoglobuline)  Immunità umorale
– ad attivare cellule T specifiche per il riconoscimento dell’antigene Immunità
cellulare
Antigene
Infiammazione
Immunità non
specifica (es.
macrofago)
Uccisione della
cellula antigenespecifica
Immunità cellulare
antigene specifica
Cell. T
stimolata
Cell. T
attivata
Processi di
fissazione,
neutralizzazione
ecc.
Cellula che
presenta
l’antigene
Cellula
T
Immunità umorale
antigene specifica
Cellula
B
attivata
Anticorpi
•
•
•
Caratteristiche della risposta immunitaria
Specificità: l’organismo per ogni antigene risponde producendo cellule T e
anticorpi specifici.
Memoria: se l’organismo viene in contatto una seconda volta (richiamo) con
l’antigene, produce una risposta di anticorpi più cospicua e più rapida tale da
proteggere l’ospite in maniera efficace  vaccinazione
Tolleranza: la risposta immunitaria dell’ospite riesce a distinguere tra le cellule
dell’ospite stesso che tollera (self) da quelle estranee (non-self)
Immunizzazione contro malattie infettive
• Immunità attiva: nell’individuo viene iniettato l’antigene che provoca la
produzione di anticorpi
• Immunità passiva: viene iniettato un antisiero (siero contenente anticorpi)
derivato da un altro individuo che ha precedentemente prodotto gli
anticorpi per uno specifico antigene.
Immunità attiva
Immunità passiva
Iniezione dell’antigene
Iniezione di anticorpi contro l’antigene
Sistema immunitario attivato
dall’antigene, memoria immunologica
efficace
Nessuna memoria immunologica
Il titolo anticorpale può rimanere alto
tramite richiami successivi
Il titolo anticorpale decade
progressivamente
Lo stato immunitario si sviluppa
nell’arco di settimane
Lo stato immunitario si sviluppa
immediatamente
Profilassi (prevenzione)
Terapia per curare malattia già in atto
Vaccino
•E’ costituito dall’antigene, o dalla mistura di antigeni usati per indurre immunità attiva
•Spesso non si può inoculare l’antigene tale e quale (pericoloso!).
–Le esotossine possono essere modificate per creare un tossoide (con formaldeide) che
comunque produce la risposta immunitaria voluta.
–I patogeni che producono endotossine possono essere iniettati morti (con formaldeide, fenolo,
calore)
–Inattivazione virus (con formaldeide)
–I patogeni possono essere iniettati mutati (persa la virulenza, mantenuta la antigenicità) ceppi
attenuati
Malattie
Batteriche
Tipi di vaccini
Malattie
virali
Tipi di vaccini
Difterite
tossoide
Morbillo
Virus attenuato
Tetano
tossoide
Parotite
Virus attenuato
Pertosse
batterio ucciso (Bordetella pertussis)
Rosolia
Virus attenuato
Colera
cellule uccise/estratti cellulari (Vibrio
cholerae)
Poliomelite Virus attenuato (Sabin) (orale)
Virus inattivato (Salk) (inoculato)
Meningite
polisaccaride purificato (Neisseria
meningitidis)
Influenza
Virus inattivato
Tubercolosi
ceppo attenuato (Mycobacterium
tubercolosis) BCG
Rabbia
Virus inattivato (uomo)
Virus attenuato (cani e altri animali)
Peste
cellule uccise/estratti cellulari (Yersinia
pestis)
Epatite B
Virus basato su tecniche di DNA
ricombinante
Piano vaccinale nazionale
Piano Nazionale Prevenzione Vaccinale - PNPV 2016-2018
http://www.quotidianosanita.it/allegati/allegato1955037.pdf
•
Controllo della crescita microbica:
mezzi fisici
Sterilizzazione : Eliminazione di tutte le forme microbiche presenti (virus, batteri e
spore), che può essere conseguita sia con mezzi fisici che chimici
–
Mezzi fisici:
• Calore a secco: (siringhe, aghi, vetreria laboratorio)
– Flambaggio di superfici o oggetti con fiamma viva o per l’incenerimento
– Aria calda: si usa la stufa a secco a temperature di 160°C x 1 ora o 180°C x ½ ora
– Raggi infrarossi: o a pressione normale o sottovuoto (< tempo di esposizione)
• Calore umido (<stabilità proteine, >capacità di penetrazione dell’acqua): per la distruzione anche
delle endospore (molto resistenti al calore) bastano 121°C x 15-30 min.  autoclave (vapore
saturo sotto pressione). Efficace, rapida ed economica. Non adatta per materiali plastico.
• Raggi UV: (sterilizzano aria di ambienti e piani di appoggio).
Agiscono danneggiando il DNA dei microbi
• Raggi gamma
• Filtrazione: (sostanze termolabili in soluzione). Si usano filtri di
materiale poroso che trattengono i microrganismi. Membrane
filtranti sono costituite da dischetti di acetato di cellulosa o nitrato di
cellulosa.
• Bollitura: non si ha la sterilizzazione in quanto molte spore
batteriche possono sopravvivere
• Pastorizzazione: è un processo in cui viene utilizzato un blando
riscaldamento per ridurre la carica batterica (specie negli alimenti - latte).
Pastorizzazione istantanea: rapido innalzamento della temperatura a 71°C per 15
secondi seguito da repentino raffreddamento
Controllo della crescita microbica:
mezzi chimici
• Agente antimicrobico. È un composto chimico che uccide (suffisso –cida) i
microrganismi o ne inibisce la crescita senza uccidere (suffisso –statico)
(es. fungicida, batteriostatico).
– Concentrazione : batteriostatico  (aumento concentrazione)  battericida
– Selettività: a seconda se la tossicità si ha per tutte le cellule (poco selettivo) o è
maggiore per alcuni batteri e assente per altri (es. cellule animali).
• Germicidi. Agenti utilizzati per sterilizzare materiali termolabili come
strumenti ospedalieri (cateteri, termometri ecc.)  Sterilizzazione a
freddo. Si usano ossido di etilene, formaldeide, perossido di idrogeno
• Disinfettanti. Provocano la morte dei microrganismi e vengono usati su
agenti inanimati
• Antisettici. Provocano la morte/inibiscono la crescita ma sono poco tossici
tanto da poter essere utilizzati su tessuti viventi
Agenti antisettici e disinfettanti
Agente
Utilizzazione in campo igienicosanitario
Modalità d’azione
Nitrato d’argento
Occhi dei neonati contro Neisseria
gonorrhoeae
Fa precipitare le proteine
Tintura di iodio
Cute
Agente ossidante (su proteine)
Alcool (70% in acqua)
Cute
Solubilizza i lipidi e denatura le proteine
Perossido d’idrogeno
Cute
Agente ossidante
Cloro gassoso
Purificazione dell’acqua
Agente ossidante
Composti fenolici
Superficie in genere
Denatura le proteine
Ossido di etilene
(gas)
Materiale sensibile al calore (es.
plastica monouso)
Agente alchilante
Ozono
Purificazione dell’acqua potabile
Forte agente ossidante
Antisettici
Disinfettanti
Chemioterapia
E’ quella parte della farmacologia che ha come oggetto di studio le sostanze
chimiche naturali o artificiali atte a distruggere cellule eucariote o
procariote responsabili di:
- infezioni
- neoplasie
- disordini immunologici
In base a questa definizione, si distinguono 3 tipi di chemioterapia:
• ANTIMICROBICA (o ETIOTROPA) = antivirale, antibatterica, antifungina,
antiprotozoaria e antielmintica
• ANTIBLASTICA o ANTITUMORALE
• IMMUNOMODULANTE
Breve storia
•Sulfamidici: sulfanilamide (primo antimicrobico) (Prontosil Domagk, 1939)
•Inibitore competitivo dei fattori di crescita viene riconosciuto dai microbi
come un fattore di crescita  lo assumono  ma non li nutre  microbi
muoiono
Fattore di crescita
•Penicillina: Fleming (1929) (scoperta casuale!)
•le piastre di Petri contenenti Staphylococcus
aureus erano state contaminate da un fungo
(Penicillium)
•Efficace contro stafilococco e pneumococco
•La guerra ne incentivò la produzione  potevano
curare le infezioni che si sviluppavano nelle ferite
dei militari
•Produzione industriale in USA alla fine della guerra
• Riduzione della mortalità infantile e neonatale
Analogo dei fattori di crescita
Antibiotici
Sostanze chimiche prodotte da batteri o funghi in grado di inibire la
crescita/uccidere altri microrganismi. Attualmente molte molecole vengono
prodotte per via sintetica o semisintetica (modificando per via chimica la
molecola naturale)
– Tossicità selettiva: è la capacità di inibire batteri o altri microrganismi
senza causare danni all’organismo che li assume
• Assenza nelle cellule dell’organismo eucariote di particolari siti che
rappresentano il bersaglio dell'azione degli antibiotici nei
procarioti (es. parete cellulare)
• Le cellule dell’organismo sono impermeabili all’antibiotico mentre
lo sono quelle procariote del batterio
• Diversa affinità del farmaco per strutture funzionalmente simili
della cellula procariotica ed eucariotica ma strutturalmente
diverse (diverso ribosoma)
Classificazione degli antibiotici
• Famiglie: secondo le caratteristiche chimiche delle molecole
• Spettro d’azione:
– Ampio: la molecola è attiva sia per i Gram+ che per i Gram– Ristretto: la molecola è attiva o sui Gram+ o sui Gram-
• Tipo d’azione:
– Batteriostatico: blocco della riproduzione dei batteri
– Battericida: determina la morte dei batteri
• Origine:
– Estrattiva: da batteri e funghi (Penicillium, Cephalosporium, Streptomyces)
– Semisintetica: partendo da una struttura base naturale, ottenuta per
estrazione e aggiungendo catene di sintesi
– Sintesi chimica: (chinoloni, cloramfenicolo etc)
• Meccanismo d’azione
La resistenza agli antibiotici
• Resistenza naturale: Insensibilità costituzionale di un microrganismo verso
un determinato antibiotico
– Nell’organismo manca il bersaglio su cui agisce l’antibiotico (es. micoplasmi non sono
dotati di parete resistenti alle penicilline)
– L’organismo è impermeabile all’antibiotico
– L’organismo inattiva la molecola dell’antibiotico
• Resistenza acquisita: Comparsa di ceppi che, nell’ambito di una specie
microbica originariamente sensibile ad un chemioterapico, hanno perduto
la sensibilità verso concentrazioni del farmaco terapeuticamente
raggiungibili in vivo.
– Vengono così debellati dall’antibiotico tutti i batteri sensibili e selezionati
quelli più resistenti
– Penicillina e sulfamidici (primi chemioterapici) oggi non vengono quasi più usati
sviluppo di resistenza. Laddove vengano usati, un trattamento efficace prevede dosi
molto più alte che in passato (Penicillina  Streptococcus Pyogenes : scarlattina, febbre
reumatica)
• La soluzione è di usare l’antibiotico:
– solo se strettamente necessario
– In dosi massicce per non dare tempo al patogeno di mutare
Chemioterapia antivirale
• I virus non sono cellule inibirli è difficile
• Siccome hanno bisogno di cellule ospiti per il proprio
metabolismo  colpire loro significa danneggiare la cellula
• Si cerca di inibire la replicazione del virus:
– Rifamicina inibisce la RNA polimerasi specifica
– Azidotimidina inibisce la replicazione del virus HIV dell’AIDS
• Interferoni. Sono sostanze antivirali prodotte da molti
organismi animali, in risposta ad un’infezione virale.
– Non hanno specificità di virus: un interferone può essere efficace ad inibire la
replicazione di più virus della stessa specie
– Hanno specificità di ospite: uno stesso interferone può inibire la replicazione
di un virus in un animale ma non quella dello stesso virus in un altro animale