Cattedra di Microbiologia
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas
Pseudomonadaceae
Pseudomonadi
140 specie
Habitat generale
• Suolo, acqua, ambienti marini
• Regolarmente presente sulle superfici delle piante
– Patogeni delle piante: lattuga, funghi
– Contaminanti delle piante: fiori, insalata
• Occasionalmente presente sulla superficie di alcuni
animali
Caratteristiche generali
•
•
•
•
•
Gram-negativo
Non sporigeno
Bacilli diritti o leggermente curvati
Mobile: uno o più flagelli polari; chemiotattico
Aerobio: non fermentante
– Può utilizzare accettori di elettroni alternativi (NO3)
– Pseudomonas spp. utilizza > 150 sostanze come
sorgenti carboniose
Caratteristiche generali
• Importante nella decomposizione aerobica
• e nel recupero di sostanze utili per trasformazione
– Degrada sostanze quali: idrocarburi alifatici e aromatici,
acidi grassi, insetticidi, naftalene, salicilati, toluene e altri
inquinanti ambientali
– Eccezioni: Teflon, Styrofoam, one-carbon sostanze ad un
solo atomo di carbonio (metano, metanolo)
• Pigmenti: limitationi da ferro e acquisizione di
ferro
Caratteristiche generali
• Elevata antibiotico-resistenza
– 13 plasmidi di resistanza conosciuti
• plasmidi ad ampio “host-range”
• Transferimento a qualsiasi specie Gram-negativa
– Efficienti pompe d’efflusso
– Formazione di biofilm
Patogeno umano
• Patogeni principali
– P. (Burkholderia) mallei
– P. (Burkholderia) pseudomallei
• Patogeni opportunistici
– P. aeruginosa nelle piante e negli animali
– “bassa virulenza”
– Colpisce sistemi di difesa degli ospiti
compromessi
Habitat di P. aeruginosa
• Prevalentemente tutti i siti del corpo
– urinario, respiratorio, ferite, sangue
• Materiali ospedalieri
– Soluzioni di antisettici e disinfettanti,
acqua, soluzioni saline, utensili e
strumentazioni mediche, unghie, etc.
– Cibo (insalate) e fiori
Caratteristiche di P. aeruginosa
•
•
•
•
•
•
•
Gram-negativo
Terreno e acqua: ubiquitario nosocomiale
Bacilli con un solo flagello polare: fortemente mobile
Disponibile in forma planktonica o biofilm
Aerobio, ma utilizza anche NO3 (anaerobio)
non-fermentante
Versatile dal punto di vista metabolico: 75 sostanze
organiche
• Temperatura ottimale: 37°C (T crescita fino a 42°C)
• Tollerante ad alte concentrazioni di sale, antisettici,
antibiotici
Colorazione di Gram di Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa:
scanning electron micrograph, CDC
The soluble blue pigment pyocyanin is produced by
many, but not all, strains of Pseudomonas aeruginosa
Caratteristiche di P. aeruginosa
• Produce pigmenti solubili
– Pioverdina: pigmento fluorescente (lampada di Woods)
– Piocianina: pigmento blu
• in ambienti scarsi di ferro
• Resistenza agli antibiotici
–
–
–
–
Barriera di permeabilità di membrana, LPS
Formazione di biofilm
Plasmidi di resistenza (R)
Sistemi efficienti di efflusso
• Sensibilità agli antibiotici : fluorochinoloni,
gentamicina and imipenem
Patogenesi di P. aeruginosa
• Infezioni opportunistiche
– Topo normale: LD50: 108
– Topo ustionato: LD50: <102
• Infezioni nosocomiali
– 3-5% pazienti che entrano in ospedale
– 20% pazienti che lasciano l’ospedale
• Compromissione delle barriere plus
deficienza immunitaria
Patogenesi di P. aeruginosa
Patologie
–
–
–
–
Dermatiti
Infezioni dell’orecchio
Lenti a contatto
Polmoniti acute e
croniche
– Endocarditi
– Setticemie
– Infezioni del tratto
urinario (UTI)
Patogenesi di P. aeruginosa
•
•
•
•
Adesione e colonizzazione
Colonizzazione locale
Tossinogenica
Patologie disseminate
Adesione di P. aeruginosa
• Aderisce alle cellule epiteliali
– Galattosio, mannosio o recettori degli acidi sialici
• Pili: estremità specializzate
– Primo aminoacido: N-metil-fenilalanina
– asialoGM1 gangliosidi esposti da neuraminidasi di
P. aeruginosa (residui di acidi sialici)
• Fimbrie: recettori esposti da proteasi che
degradano fibronectina delle cellule epiteliali
Adesione di P. aeruginosa
• Adesine: esoenzimi S che si attaccano a
glicolipidi
• Adesine: non definite che si legano alla
mucina
• LPS: si lega al CFTR (regolatore di
conduttanza transmembrana della fibrosi
cistica)
• Biofilm: esopolisaccaride (alginato)
Colonizzazione locale di P. aeruginosa
• Diffusione o disseminazione
– Elastasi
• distrugge epiteli (polmoni) ed endoteli (vasi sanguigni)
• distrugge il collagene, IgG, IgA, complemento, fibronectina
• Due componenti: LasA lega le proteine; LasB le digerisce
– Proteasi alcaline
• lisa la fibrina
– Citotossina
• proteina che forma pori
– Due emolisine
• fosfolipasi e lecitinasi
– Ramnolipidi
• Non enzimatici
• un surnatante che solubilizza i fosfolipidi
Invasione delle cellule ospiti
• Acquisizione endocitica delle cellule ospiti
e traslocazione
• Invasine: geni batterici
Tossinogenesi di P. aeruginosa
• LPS
• Esoenzima S (ExoS)
– escrezione di Tipo III : applicazione esogena che
non uccide le cellule
– ADP-ribosilazione
– Effetti
• Scompensa cellule PMN
• Scompensa il “signaling” per le citochine
Tossinogenesi di P. aeruginosa
• Esotossina A (tossina A)
– Escrezione di tipo III
– ADP-ribosilazione del fattore di elongazione di tipo 2
• come la tossina difterica (distinta antigenicamente)
• Differenti recettori dell’ospite
• Attività locale necrotizzante
– La tossina purificata è letale
• ExoU
– Non ancora ben studiata: inattiva i macrofagi
Colonizzazione locale di P. aeruginosa
• Mutazioni fenotipiche
– da ceppi non mucoidi (smooth) a mucoidi
• Produzione di alginato (mucoide)
• Esopolisaccaride
– Un operone composto da diversi geni
• Funzioni sconosciute
– Adesine: alla mucina
– Formazione di biofilm
– Modifica in LPS
• dalla forma B: le catene dell’antigene O sono caricate
negativamente
• alla forma A: catene dell’antigene O più corte, cambi nella
combinazione degli zuccheri, gli zuccheri sono neutri
• Più resistenti alle defensine?
Disseminazione di P. aeruginosa
(evasione batterica)
• Non chiaro come il batterio causa malattie
sistemiche
• Antifagocitario: LPS (serotipi), capsula, alginato,
biofilm
• Anti-anticorpo: Proteasi digeriscono IgG, IgA
• Anti-complemento: proteasi; LPS, capsule
• Anti-citochine: elastasi e proteasi alkaline
degradano IFN- e TNF
• Endotossine (Lipid A del LPS) provoca febbre,
ipotensione, coagulazione intravascolare
Difese dell’ospite a P. aeruginosa
• Anticorpi opsonizzanti
– Fagocitosi
• Anticorpi anti-tossine
• Ancora alti livelli di anticorpi in
pazienti infettati da P. aeruginosa
affetti da fibrosi cistica
Chemioterapia
• Antibiotici efficaci : fluorochinoloni, amoxicillina,
gentamicina, imipenem
• Naturalmente resistenti alla maggior parte degli
antibiotici
– Imipenem entra via OprD2 (outer membrane porin D2)
– Fluorochinoloni superano la membrana esterna secondo
una via porino-independente legandosi al LPS caricato
negativamente; cambi del LPS dalla forma B ad A
– Pompa d’efflusso degli antibiotici: estrudono gli
antibiotici fuori dalla cellula batterica
Summary Virulence Factors
Summary Virulence Factors
Adhesins
fimbriae (N-methyl-phenylalanine pili)
polysaccharide capsule (glycocalyx)
alginate slime (biofilm)
Invasins
elastase
alkaline protease
hemolysins (phospholipase and lecithinase)
cytotoxin (leukocidin)
siderophores and siderophore uptake systems
pyocyanin diffusible pigment
Summary Virulence Factors
Motility/chemotaxis
Flagella
Toxins
Exoenzyme S
Exotoxin A
Lipopolysaccharide
Antiphagocytic surface properties
capsules, slime layers
LPS
Summary Virulence Factors
Defense against serum bactericidal
reaction
slime layers, capsules
LPS
protease enzymes
Defense against immune responses
capsules, slime layers
protease enzymes
Summary Virulence Factors
Genetic attributes
genetic exchange by transduction and conjugation
inherent (natural) drug resistance
R factors and drug resistance plasmids
Ecologic criteria
adaptability to minimal nutritional requirements
metabolic diversity
widespread occurrence in a variety of habitats
