Tossine extracellulari
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Patologia generale delle infezioni microbiche Lucio Montanaro Patologia generale delle infezioni microbiche Sommario Interazione dei microrganismi con l’ospite: il parassitismo Patogenicità: virulenza e tossigenicità Fattori della virulenza Difese naturali dell’ospite Tossine batteriche: esotossine e endotossine Patologia generale delle infezioni microbiche Storicità delle malattie infettive La diffusione di grandi epidemie, il sorgere ed il tramontare di malattie infettive croniche sono correlati alle modificazioni che l’uomo apporta all’ambiente naturale L’esempio più dimostrativo della storicità delle malattie infettive è dato dalla TBC Il declino o la scomparsa di una malattia infettiva è in rapporto con il progresso scientifico (scoperta dell’agente eziologico e delle sue proprietà biologiche) e con quello sociale (migliori condizioni abitative e igieniche, riduzione della giornata lavorativa, abolizione del lavoro minorile) Patologia generale delle infezioni microbiche Origine delle malattie infettive Origine filogenetica: saprofiti casualmente penetrati nei tessuti animali possono aver dato origine per mutazioni e selezione a parassiti; la produzione di tossine e di altri fattori della patogenicità divengono fattori selettivi favorevoli per il parassita quando attenuano le difese dell'ospite, ma sfavorevoli per il parassita se comportano la morte dell’ospite. Perciò le condizioni per l’evoluzione dei parassiti sono la patogenicità e la contagiosità, insieme all’associazione ecologica con animali gregari. Patologia generale delle infezioni microbiche Comparsa di nuove malattie infettive Il 1979 è stato dichiarato dall’OMS l’anno della estinzione ufficiale del vaiolo Intanto si assiste alla comparsa di nuove malattie, causate da microrganismi cosiddetti opportunisti, ospiti abituali dell’uomo, del naso-faringe, dell’intestino, della cute. Le condizioni per l’instaurarsi di infezioni opportunistiche sono due: modificazioni dell’ecologia del parassita e compromissione delle difese dell’ospite Patologia generale delle infezioni microbiche Interazioni biologiche Simbiosi associazione tra due specie Mutualismo Commensalismo associazione con associazione con vantaggio vantaggio della specie reciproco delle commensale senza specie simbionti danno per l’ospite Patologia generale delle infezioni microbiche Parassitismo associazione tra due specie, delle quali una (parassita) trae vantaggio mentre l’altra (ospite) riceve danno Forme di parassitismo Parassiti Facoltativi microrganismi in grado di vivere vita indipendente al di fuori dell’ospite (bacillo del tifo, del colera, del carbonchio) Occasionali microrganismi simbionti con l’uomo in associazione di commensalismo che possono occasionalmente acquisire comportamento parassitario (ad es. bacterium coli) Obbligati microrganismi che non possono vivere, o che sopravvivono solo per poco, fuori dell’ospite (ad es. gonococco) Saprofiti microrganismi che vivono nell’ambiente nutrendosi di materiale in decomposizione e possono occasionalmente assumere comportamento parassitario Patologia generale delle infezioni microbiche Postulati di Koch 1. Il microrganismo deve essere presente in tutti i casi di malattia e la sua distribuzione nel corpo deve essere conforme alla sede e alla natura delle lesioni patologiche 2. Il microrganismo deve poter essere isolato dai tessuti lesi e crescere in coltura pura per parecchie generazioni 3. L’introduzione, in un animale sensibile, del microrganismo cresciuto in coltura pura deve riprodurre la malattia; il microrganismo deve poi poter essere reisolato dai tessuti lesi della malattia sperimentale Patologia generale delle infezioni microbiche Penetrazione e invasione Il processo invasivo può essere superficiale come nel caso di C. diphtheriae e B. pertussis, generalmente ritenuti non invasivi e tossigeni. Avviene una adesione locale alle cellule epiteliali del tratto respiratorio, anche se i danni sono causati dalle rispettive tossine. Per altri batteri l’azione patogena si esplica attraverso la invasività. Tipico è il caso di Shigella e ceppi di E. coli enteroinvasivi. Tramite l’invasività nelle cellule della mucosa del colon Shigella si sottrae all’ambiente competitivo del lume intestinale. Patologia generale delle infezioni microbiche Fattori della virulenza dei parassiti extracellulari Adesività: il legame dei batteri alle cellule epiteliali è essenziale per la resistenza nei confronti delle difese dell’ospite e per la successiva colonizzazione del tessuto. Gli apparati di adesione sono diversi per i diversi microrganismi. In ogni caso è coinvolta una macromolecola di superficie, che può essere presentata da un organulo strutturale o costituire un prodotto diffusibile Patologia generale delle infezioni microbiche Colonizzazione Dopo l’adesione i batteri sopravvivono, aumentano di numero e instaurano l’infezione. La sopravvivenza implica la capacità di eludere le strategie antibatteriche dell’ospite. La moltiplicazione avviene se sono disponibili sostanze nutritizie indispensabili alla moltiplicazione batterica. Patologia generale delle infezioni microbiche Colonizzazione A volte i fattori di crescita e metaboliti necessari alla moltiplicazione batterica sono presenti in particolari distretti, e ciò può spiegare la localizzazione. A volte la mancanza di tali fattori può spiegare la resistenza di specie: ad esempio alcuni ceppi di Y. pestis richiedono asparagina per la moltiplicazione e la presenza di asparaginasi nel sangue di cavia (assente nel sangue di topo) può spiegare l’assenza di patogenicità per la cavia. Patologia generale delle infezioni microbiche Fattori di virulenza dei parassiti extracellulari I parassiti extracellulari devono poter sopravvivere all’azione microbicida dei fagociti professionali Quindi i fattori di virulenza più efficaci per questi parassiti sono: Esotossine ad azione antileucocitaria: Streptolisina O, emolisina stafilococcica ed anche la tossina difterica o la tossina di P. aeruginosa Fattori antifagocitari di superficie: la capsula batterica Patologia generale delle infezioni microbiche Caratteristiche principali delle esotossine e delle endotossine ESOTOSSINE Attivamente secrete dalle cellule, raggiungono elevate concentrazioni nel mezzo extracellulare Prodotte dai gram-negativi e dai gram-positivi Polipeptidi dal peso molecolare 10.000-900.000 Relativamente instabili: la tossicità è spesso distrutta rapidamente al di sopra dei 60°C Molto antigeniche: stimolano la produzione di anticorpi neutralizzanti a titolo elevato Convertibili in tossoide Elevata tossicità: letale a piccole dosi (microgrammo) sugli animali Legano specifici recettori Solitamente non inducono la febbre Sintesi diretta da geni extracromosomiali (ad es. plasmidi) Patologia generale delle infezioni microbiche ENDOTOSSINE Sono parte integrante della parete batterica dei gram-negativi. Vengono rilasciate dopo la morte della cellula batterica e anche in parte durante la replicazione. Non necessitano di essere liberate per essere attive Sono presenti unicamente nei gram-negativi Complessi lipopolisaccaridici. E’ il frammento corrispondente al lipide A il responsabile della attività tossica Relativamente stabili: sopportano a lungo temperature al di sopra dei 60°C Scarsamente immunogene: stimolano la produzione di anticorpi neutralizzanti di cui non è chiaro ancora il ruolo protettivo Non sono convertibili in tossoide Moderatamente tossiche: letali a dosi 10-100 volte più elevate Non legano specifici recettori Inducono la febbre Sintesi diretta da geni cromosomiali Classificazione delle tossine batteriche* Classe Tossine cellulari Gruppo I. II. Tossine extracellulari III. IV. Legate alla parete cellulare Intracitoplasmatiche Batteri gramnegativi gramnegativi: Shigella dysenteriae Yersinia pestis Bordetella pertussis Vibrio cholerae Esotossine stricto sensu grampositivi: Corynebacterium diphtheriae Staphylococcus aureus Tossine parzialmente endocellulari neurotossina tossina murina tossina termolabile enterotossina colerica tossina difterica emolisine (α, β, γ, δ); leucocidina; tossina epidermolitica; enterotossina Streptococcus pyogenes streptolisine O e S; tossina eritrogenica Clostridium perfringens grampositivi: Clostridium tetani Clostridium botulinum α-tossina Dato il fine esemplificativo della tabella sono riportate solo le tossine più importanti Patologia generale delle infezioni microbiche Tossina tossina tetanica tossina botulinica Meccanismo patogenetico dello shock. Focolaio d’infezione Ascesso Polmonite Peritonite Pielonefrite Cellulite Batterio Esotossina Componente strutturale Plasma Monociti-macrofagi Cellule endoteliali Neutrofili Mediatori endogeni Citochine TNF IL-1, 2, 6, 8 Fattore attivante le piastrine Endorfine Fattore endoteliale ad attività rilasciante Metaboliti Acido arachidonico Ciclossigenasi Lipossigenasi Prostaglandine Leucotrieni C5α Chinine Coagulazione Depressore del tono miocardico Miocardio Vasi Organi Depressione Dilatazione Vasodilatazione Vasocostrizione Aggregazione leucocitaria Disfunzione endoteli Rene Fegato Polmone Cervello Disfunzione e alterazione del metabolismo SHOCK Insufficienza renale cardiaca respiratoria cerebrale Ipotensione irreversibile Morte Patologia generale delle infezioni microbiche Ripresa
