IGIENE ED EDUCAZIONE SANITARIA – LEZIONE 3 – PRINCIPI DI MICROBIOLOGIA
MICRORGANISMI
Sono tutti gli esseri unicellulari:
PROCARIOTI (batteri): cellule prive di nucleo.
EUCARIOTI (protozoi, miceti): cellule con nucleo, simili per struttura agli organismi macroscopici
pluricellulari.
Per circa 2 miliardi di anni i procarioti sono stati l’unica forma di vita sul pianeta. In seguito sono comparse
le cellule eucariote e i primi organismi pluricellulari, in forza dell’associazione endosimbiontica tra
l’eucariota primitivo e un procariota (il mitocondrio). Ancora oggi i procarioti rappresentano la più
abbondante forma di vita sul pianeta, sia in termini di biomassa (90% del peso totale combinato di tutti gli
esseri viventi nei mari) sia per il numero di specie (le 1500 note probabilmente sono solo l’1% di tutte
quelle presenti in natura).
Molti microrganismi intervengono come agenti determinanti nei cicli della materia, in importanti
trasformazioni geochimiche, nello sviluppo di processi biologici di interesse economico. Per questo sono
nate diverse discipline come la microbiologia agraria e industriale.
Alcuni microrganismi sono in grado di moltiplicarsi in seno ai tessuti di organismi pluricellulari, provocando
con vari meccanismi diversi processi morbosi. Questi microrganismi sono definiti PATOGENI.
MICRORGANISMI PATOGENI
• BATTERI (procarioti)
(aerobi/anaerobi; gram+/gram-)
• PROTOZOI (eucarioti)
• MICETI (eucarioti)
• VIRUS
BATTERI
STRUTTURA: architettura interna semplice, caratterizzata dall’assenza di compartimenti intracellulari
separati da membrane. Il genoma cellulare è reperibile direttamente nel citoplasma in forma di
NUCLEOIDE. Sparsi nel citoplasma si trovano gli enzimi e i vettori coinvolti nella catena respiratoria e i
ribosomi, responsabili della sintesi proteica necessaria alla manutenzione strutturale del batterio e spesso
sede bersaglio degli antibiotici.
STRUTTURA: il citoplasma batterico è racchiuso in un contenitore rigido detto PARETE CELLULARE, a sua
volta rivestito da uno strato di materiale polisaccaridico denominato:
CAPSULA (proprietà adesive, funzione antifagocitaria, determinante antigenico).
STRUTTURA: sulla superficie batterica spesso si trovano PILI o FIMBRIE, organi di ancoraggio che
conferiscono al batterio un maggior grado di patogenicità favorendone l’aggregazione in pellicole (maggior
resistenza a disinfettanti e antibiotici).
FORMA:
• COCCHI (forma sferica)
• BACILLI (forma cilindrica)
• VIBRIONI (forma spiraliforme)
I raggruppamenti batterici più frequenti sono grappolo (STAFILO) o a collana (STREPTO):
(Esempio: stafilococco, streptococco, eccetera).
membrana citoplasmatica
Nucleoide
Capsula
Parete cellulare
fimbrie
RIPRODUZIONE: avviene per scissione binaria -> il nucleoide si àncora alla membrana citoplasmatica e
tramite processi enzimatici si duplica. Il nuovo nucleoide è anch’esso ancorato alla membrana, la quale
comincia un processo di invaginazione (lungo l’asse minore per i bacilli, lungo l’asse equatoriale per i
cocchi) fino alla completa separazione con ottenimento di due batteri. In ragione di questo sistema di
moltiplicazione, la crescita di una popolazione batterica segue una scala logaritmica.
AZIONE PATOGENA DEI BATTERI
Dipende dalla VIRULENZA (misura del grado di patogenicità) e dall’INVASIVITA’ (capacità di moltiplicarsi in
vivo). Deriva dalla produzione di tossine batteriche, che agiscono anche a distanza con compromissione
sistemica dell’organismo infettato, mediante inibizione dei normali processi biochimici nelle cellule
bersaglio: esotossine e endotossine.
ESOTOSSINE
Citolitiche: ledono le membrane delle cellule bersaglio (es.tossina gamma di Staphylococcus aureus).
Neurotrope: SNC o SNP (es. tossina tetanica, botulinica). Enterotossine (es. tossina colerica). Pantotrope: in
grado di danneggiare qualsiasi cellula che possiede recettori in grado di fissarle (es. tossina difterica).
ENDOTOSSINE
L’attività endotossica dei batteri è legata al LIPOPOLISACCARIDE (LPS), lo strato lipidico esterno della
doppia membrana che caratterizza i batteri gram negativi. Tutti i sistemi cellulari (in particolare i
macrofagi) sono estremamente responsivi all’LPS. Tracce minime di LPS (onnipresenti nell’ambiente e nella
popolazione batterica intestinale degli organismi animali) mantengono positivamente allertato il sistema
immunitario. Dosi maggiori provocano l’effetto patogeno.
AZIONE ENDOTOSSINE
L’azione patogena delle endotossine è dovuta alla sovrastimolazione esercitata sui macrofagi a produrre
citochine in quantità non fisiologiche. Gli effetti combinati delle citochine portano a uno stato
infiammatorio generalizzato, ipoglicemia, cachessia, fino allo shock emodinamico.
Alcuni batteri sono in grado di produrre spore in ragione di una particolare espressione dell’adattamento
cellulare alla disponibilità saltuaria di alimenti nell’ambiente. In pratica se il batterio registra delle
condizioni ambientali sfavorevoli al mantenimento della propria attività biologica, può indirizzare la linea
replicativa verso la formazione di una spora, che conserva l’informazione genetica batterica riducendo
quasi a zero il consumo cellulare, in attesa di condizioni più favorevoli.
STRUTTURA DELLE SPORE
CORTEX
contiene inglobati residui
citoplasmatici della cellula madre
COATS
Due spessi rivestimenti proteici
ESOSPORIO
SPORE
Estrema resistenza alla penetrazione di sostanze estranee (disinfettanti chimici!). Minore contenuto in
acqua rispetto alla forma vegetativa -> grande resistenza a essiccamento, calore e radiazioni UV e gamma
(sterilizzazione!). Stato di criptobiosi: Scarsa attività enzimatica, scarso o assente consumo di ossigeno,
assenza completa di sintesi macromolecolari, possibilità di sopravvivere nell’ambiente anche per molti
anni.
SPORULAZIONE
La sporulazione inizia quando i batteri in fase di riproduzione logaritmica registrano un progressivo
esaurimento delle sostane nutritive nel terreno di coltura. Al contrario, con la ricomparsa di condizioni
favorevoli si ha il processo inverso, detto germinazione, che porta alla formazione di una cellula vegetativa
capace di riprodursi.
VIRUS
A differenza di batteri, protozoi e miceti, i virus non sono vere e proprie cellule ma particelle costituite dal
genoma virale racchiuso in un contenitore proteico detto capsìde. Caratteristica peculiare dei virus è quella
di essere sprovvisti sia di enzimi deputati alla produzione degli elementi strutturali che li compongono sia
dei loro precursori biochimici (amminoacidi e nucleotidi) -> l’approvvigionamento di tali elementi avviene a
spese della cellula infettata.
REPLICAZIONE VIRALE
Perché un virus possa replicarsi è necessario che infetti una cellula, di cui sfrutta processi enzimatici ed
elementi deputati alla sintesi proteica. Fasi della replicazione:
ATTACCO: comincia in seguito al contatto tra virus e cellula, avvenuto per collisione casuale. E’
efficace quando l’antirecettore virale interagisce con il recettore complementare della cellula.
Questi recettori sono strutture cellulari deputate ad altre funzioni che occasionalmente presentano
una o più zone complementari all’antirecettore. Ogni virus può presentare diversi antirecettori, e in
alcuni casi (per esempio il virus influenzale) può modificare la sua sequenza amminoacidica
sottraendosi all’azione di eventuali anticorpi neutralizzanti prodotti in precedenza. Da qui deriva la
necessità di vaccinazioni periodiche annuali per i soggetti a rischio.
PENETRAZIONE/ESPOSIZIONE: una volta avvenuto il contatto con la membrana plasmatica la cellula
attiva un meccanismo di trasporto che trasduce il virione nel citoplasma, dove attraverso
meccanismi di digestione enzimatica il capside viene disintegrato, portando all’esposizione del
genoma virale.
SINTESI: il genoma virale (DNA o RNA) viene letto dalla cellula come proprio: tramite i ribosomi
cellulari e
sfruttando energia e materiali della cellula (soprattutto acidi nucleici per la formazione di un nuovo
filamento di genoma virale) inizia la sintesi di proteine precoci (enzimi necessari alla replicazione
genomica e proteine che inibiscono le sintesi macromolecolari della cellula ospite) e quindi tardive
(proteine strutturali della progenie virale).
MONTAGGIO: una volta prodotto un numero sufficiente di copie del genoma virale e di proteine
strutturali, queste si accumulano in ammassi citoplasmatici che favoriscono il contatto e
l’assemblaggio spontaneo, probabilmente legato alla conformazione e alle cariche elettriche delle
proteine stesse. Una volta formata la progenie virale, la liberazione nell’ambiente esterno avviene
per esocitosi o per morte cellulare.
AZIONE PATOGENA VIRALE
Le lesioni indotte dai virus sono di due tipi:
• Provocate direttamente dai virus.
• Provocate dal coinvolgimento del sistema immunitario dell’ospite.
AZIONE DIRETTA
• Modificazioni di membrana al momento dell’attacco, che generano turbe metaboliche e strutturali (fori,
alterazioni dei meccanismi di trasporto, eccetera).
• Inibizione delle sintesi macromolecolari della cellula bersaglio.
• Alterazioni lisosomiali, con liberazione di enzimi Idrolitici.
AZIONE DIPENDENTE DAL SISTEMA IMMUNITARIO
Avviene per citolisi indotta dalle cellule del sistema immunitario, che riconoscono gli antigeni virus
codificati espressi sulla membrana delle cellule infettate. E’ la principale causa di danno nelle infezioni
persistenti, in cui il virus non è in grado di esercitare esso stesso un’azione lesiva diretta.
