Sul corpo umano sono presenti miliardi di cellule batteriche con
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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 L’epidermide intatta è la prima barriera di difesa È colonizzata soprattutto da monodermi che sfruttano i nutrienti prodotti da Ghiandole sebacee Ghiandole sudoripare Corynebacterium Micrococcus Staphylococcus 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 3x1038 3x10 Aw è il fattore abiotico più importante nel limitare la quantità di batteri I microrganismi nelle ghiandole sebacee e nei follicoli di peli e capelli non sono raggiunti dalla normale pulizia e provvedono al rapido ripopolamento delle aree dopo la detersione Carica microbica su oggetti toccati di frequente Tratto respiratorio superiore+bocca umido Ingresso continuo di microrganismi Nella bocca si trovano specie capaci di adesione forte Gli streptococchi orali producono glucani e formano la placca Nel cavo orale e nell’orofaringe si trovano anche molte specie anaerobie Il nasofaringe può essere colonizzato da specie potenzialmente patogene Tratto gastro-enterico Dal duodeno verso l’ileo diminuisce l’ossigeno e aumenta il pH duodeno Tenue LATTOBACILLI E COCCHI digiuno ileo ANAEROBI E FACOLTATIVI Nll’intestino crasso (colon) l’ossigeno è stato consumato Gli anaerobi fermentano i polimeri indigeribili Il rapporto Bacteroides/E. coli è = 100:1 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 Probiotici: batteri che mantengono in equilibrio funzionale l’intestino proteggendo l'organismo dalle malattie Sono principalmente bifidobatteri e lattobacilli (batteri che utilizzano gli zuccheri come fonte di energia e producono acido lattico) Tratto uro-genitale Il tratto esterno dell’uretra è colonizzato in entrambi i sessi VAGINA Nelle donne adulte la vagina è colonizzata dai Scindono il glicogeno prodotto dalle cellule epiteliali Mantengono il pH intorno a 4,4-4,6 Lattobacilli RICAPITOLANDO.. 105-106 Cuoio capelluto 106-107 Cute umida 103 Cute secca <10-103 Occhi, protetti 109 Cavo orale Aerobi e anaerobi 105-106 Tenue Lattobacilli, enterococchi 109-1011 Crasso pH alcalino, Gram-negativi Le quantità sono riferite al numero di microrganismi per grammo di tessuto o fluido o per cm2 di superficie L’importanza del microbiota “normale” è stata confermata da studi sugli animali germ-free 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 ESISTONO PATOGENI INVASIVI TOSSIGENICI 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 cholerae è 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 Shasta 1177 POTERE PATOGENO: E’ davvero funzione del solo microrganismo? 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) 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 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 Il potere patogeno si può valutare come danno provocato rappresentandolo schematicamente con un grafico L’entità del danno varia con il grado di virulenza Entità del danno STATO IMMUNITARIO Scarsa patogenicità I Patogeno; la risposta può aggravare il quadro Patogeno + danno da risposta III patogeno II Bassa patogenicità + danno da risposta IV risposta alla presenza di un microrganismo V VI I microrganismi di classe 1 Es. Legionella pneumophila sono associati a malattie solo in individui con funzioni immunitarie insufficienti sono di solito considerati opportunisti o commensali non provocano infezioni sintomatiche in individui con uno stato immunitario normale 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 patogeni tossigenici: la loro curva è piatta Entità del danno 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 di hamburger 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) “relatività” del concetto di patogenesi Æ riconsiderare la definizione di “Fattore di virulenza” Tutto ciò che favorisce l’espressione della patogenicità va considerato un fattore di virulenza REGOLAZIONE COLONIZZAZIONE REGOLATORI TOX INVASINE ENZIMI GENICA VIRULENZA LA STRADA VERSO LA PATOGENESI PUO’ ESSERE LUNGA Ancestrale benigno, a vita libera E. coli Acquisizione di PAI E. coli O157H7 Patogeno a largo spettro S. Typhimurium B. bronchiseptica Specializzazione verso un ospite Patogeno virulento a ristretto spettro d’ospite S. Typhi Isolamento della popolazione Perdita di ricombinazione M. tuberculosis B. pertussis M. leprae Rickettsia Mycoplasma Patogeno virulento ospitedipendente Perdita massiva di geni, accumulo di pseudogeni, decadimento del genoma Patogeno obbligato ospitedipendente IL PROCESSO COMPORTA SPESSO L’ACQUISIZIONE DI TRATTI PER TGO (trasferimento genico orizzontale) Molti geni che codificano fattori di virulenza possono trasferirsi orizzontalmente e si trovano spesso nelle PAI (Pathogenesis Islands) tRNA int virA virB DR Patogeno mobA DR tRNA NON patogeno 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 Progresso evolutivo della formazione di PAI Dopo molto tempo restano solo i geni di virulenza, integrati nel cromosoma I codoni nei geni estranei si adattano al resto del cromosoma vir nei geni inattivati si creano vaste delezioni vir int int int vir mob vir vir mob vir mob inattivazio/delezione nei geni di mobilita’ nei geni delle integrasi si verificano mutazioni puntiformi Un fago o un plasmide si integra nel cromosoma tempo 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 ma, contemporaneamente, può ridurre quella nello stile precedente l’evoluzione verso la patogenesi diventa via via sempre più conveniente PER UN PATOGNO, LA PRIMA NECESSITA’ E’ QUELLA DI ELUDERE LE DIFESE DELL’OSPITE corredo COMUNE ai diversi individui DIFESE INNATE (RAPIDE) BARRIERE, INFIAMMAZIONE complemento Esperienza PERSONALE di contatto con i microbi Difese a ponte Intermedie NK + B-B1 DIFESE ADATTATIVE (LENTE) Linfociti B, linfociti T sebo Muco ciglia detersione (fluidi) BARRIERE Cute FISICHE mucose integre pH +/- acido succhi gastrici Cute vagina Barriere esterne (aspecifiche): CHIMICHE Fattori umorali dell’immunità naturale (composti chimici) Es. lisozima Transferrine lattoperossidasi 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 . N-acetilmuramico NAM Distrugge il peptidoglicano attivo soprattutto sui monodermi NAG N-acetil-glucosamina Latte, lacrime, saliva chela il ferro LATTOFERRINA (famiglia transferrine) limitazione del ferro disponibile CONTROLLO Crescita microbica fagocitosi chemiotassi dei leucociti SUPERAMENTO DIFESE INNATE Propagazione attraverso vettori 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 biochimicamente identiche 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 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 poro formato da PilQ assemblaggio della fibra Disassemblaggio della fibra Si possono aggregare a formare fasci DIFESE INNATE seconda linea (Oltre le barriere) INFIAMMAZIONE ACUTA CALOR: Innalzamento della temperatura (iperemia e aumento del metabolismo cellulare) RUBOR: Aumentato flusso sanguigno TUMOR: Edema (fuoruscita di liquidi nei tessuti) DOLOR: Mediatori chimici e compressione dei nervi FUNCTIO LAESA: Aulo Cornelio Celso (25 a.C. - 50 d.C.) Rudolf L. K. Virchow 1821 –1902 NORMALITA’ OFF IN CONDIZIONI DI NORMALITÀ IL MECCANISMO DELL’INFIAMMAZIONE DEVE ESSERE INATTIVO INFEZIONE ON QUAL’E’ L’INTERRUTTORE? OFF Microbe Associated Molecular Pattern ON Si ritiene che il sistema immunitario innato ne riconosca CIRCA 1000 Riconoscimento MAMP ALLARME RISPOSTA INNATA MODULATA IN MODO PROPORZIONALE ALL’ENTITA’ DELL’ATTACCO FAGOCITI SIERO Monociti e macrofagi Granulociti neutrofili COMPLEMENTO GRANULOCITI NEUTROFILI INFARCITE DI GRANULI Polimorfonucleati (PMN) = LISOSOMI GIGANTI CELLULE TERMINALI enzimi ossidativi proteasi VITA BREVE ROS Il richiamo dei PMN non è garanzia di uccisione dei microbi UCCISIONE BATTERI Morte PMN PUS defensine FAGOCITOSI fagosoma nascente fagosoma precoce Fusione con lisosoma (fagolisosoma) Ogni stadio ha marcatori specifici fagosoma tardivo La cascata si completa in 40-60’ minuti morte batterica nella fagocitosi intervengono 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 Normalità: OFF ATTIVAZIONE Chemiotassi dei leucociti via classica (Complesso Ag/Ab) RICHIEDE ANTICORPI (RISPOSTA ADATTATIVA) via della lectina Mannano (patogeno) + lectine (siero) via alternativa superficie del patogeno In realtà la più frequente.. Attivazione del complemento VIA ALTERNATIVA C3 C3b Idrolisi spontanea (instabile in fase acquosa) C3a In presenza di un patogeno C3b si lega covalentemente alla superficie C3b B Bb C3b legato si lega al “fattore B” Ba Il fattore B legato a C3b viene tagliato dal fattore D (proteasi) C3bBb = C3 convertasi della via alternativa RUOLO CHIAVE NELL’INFIAMMAZIONE C5b si lega e richiama C6-C7-C8-C9 (polimerico) Formando il MAC (membrane attack complex ) C5b C5a Complesso C3bBb3b: C5 convertasi C3b Che provoca la formazione di fori nelle membrane di cellule eucariotiche e batteri didermi C3a C3 Una molecola di C3 o C5 convertasi può catalizzare il taglio di centinaia-migliaia di molecole bersaglio C3 convertasi C3b (C4b) ha un’azione OPSONIZZANTE Opsonine Legano i microbi ai fagociti 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 C3b OH Che reagisce con gruppi OH di cellule vicine Se C3b si lega a cellule eucariotiche è distrutto dal fattore H (proteasi) I batteri non hanno il fattore H restano opsonizzati Sui fagociti ci sono recettori SPECIFICI che stimolano la fagocitosi dei batteri opsonizzati C3b chemiotassine complemento Chemiotassine batteriche Es. N-term rimosse dalle proteine RICHIAMO NORMALITÀ ATTIVAZIONE Fagocitosi lenta OPSONINE Anticorpi ATTIVITA’ ANAFILOTOSSICA C5a-C3a-C4a si legano anche ai mastociti Cellule ricche di granuli citoplasmatici situate nel tessuto connettivo, specialmente lungo i vasi sanguigni ne inducono la degranulazione Rilascio di istamina e NO vasodilatazione MONOCITI RICHIAMO: sostanze emesse dai PMN CELLULE A VITA LUNGA DIFFERENZIABILI ARRIVANO DOPO I PMN I monociti possono stabilirsi nei tessuti citochine citochine MACROFAGI ATTIVAZIONE CITOCHINE: molecole proteiche prodotte da vari tipi cellulari ELIMINANO DETRITI E BATTERI RESIDUI MONOCITI/MACROFAGI: RUOLO CENTRALE NELLA RISPOSTA IMMUNITARIA INTERAGISCONO CON ALTRE CELLULE ATTRAVERSO LE CITOCHINE INFIAMMAZIONE ACUTA CELLULE DELL’IMMUNITA’ ADATTATIVA Cellule delle mucose Attivazione dei macrofagi TLR (Toll-Like-Receptors) Specifici per le sottopopolazioni di MAMP Altri sulla membrana del fagosoma Alcuni sulle membrane di molte cellule Bersagli interni Bersagli esterni 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’ MASCHERAMENTO DEI RECETTORI PER IL COMPLEMENTO STRATI S Impedire la penetrazione del M.A.C Es. Salmonella: rivestimenti esterni PREVENZIONE DELLA FAGOCITOSI MODULAZIONE NEGATIVA DELLA PRODUZIONE DI MOLECOLE CHEMOTATTICHE VARIAZIONE DI ANTIGENI SUPERFICIALI INIBIZIONE DEL RICHIAMO DEI PMN OSTACOLO AL RICONOSCIMENTO Paralizzare il citoscheletro di actina dei fagociti CIRCONDARSI DI UNA CAPSULA VISCOSA (BATTERI DIFFUSI DAL SANGUE) OSTACOLO ALLA FAGOCITOSI microrganismi relativamente resistenti agli enzimi lisosomiali L’ESPLOSIONE DEI LISOSOMI NEL CITOPLASMA UCCISIONE DEI FAGOCITI Sono in grado di causare.. ELUSIONE DELLE DIFESE INNATE (DOPO LA FAGOCITOSI) INIBIZIONE DELLA FORMAZIONE DEL FAGOLISOSOMA Il patogeno altera l’assetto superficiale della vescicola lisosomale impedendo la fusione con il lisosoma FUGA DAL FAGOSOMA Alcuni patogeni lisano la membrana del fagosoma E si moltiplicano nel citoplasma Alcune specie (Listeria, Shigella, Rickettsia) possono intervenire sui filamenti di actina dell’ospite e farsi “spingere” da una cellula all’altra -SHIGELLE IN MOTOSERVIZIO FOTOGRAFICO INSTITUT PASTEUR VITA INTRACELLULARE Una strategia diversa è quella di restare nel fagosoma (o fagolisosoma) 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 ANAPLASMA: UN CASO LIMITE Blocco esplosione+ antiapoptosi
