Appunti Microbiologia (completi)

Ospite-parassita

Casi di resistenza antimicrobica nei confronti degli antibiotici hanno determinato nel corso degli anni lo studio di nuove molecole di sintesi e la ricerca di nuovi farmaci provenienti dalla medicina popolare.

Infezioni nosocomiali

Le infezioni nosocomiali sono infezioni che si contraggono in ospedale.

Biofilm batterico

Il biofilm batterico è una biocenosi microbica, ovvero un’associazione di microorganismi che creano un vero e proprio ecosistema sulla superficie o in un ambiente. La biocenosi parte da una specie che poi coinvolge le altre. I batteri producono una capsula (rivestimento esterno), ovvero una matrice polisaccaridica con la quale aderiscono alla superficie. Questa matrice permette anche ad altri organismi di attaccarsi alla superficie. Il biofilm è pericoloso perché con questo i farmaci sono meno efficaci o assolutamente inefficaci. Tanti strati di microorganismi con tanta matrice organica attorno, fa si che il principio attivo venga diluito e in questa stratificazione microbica, alcuni batteri sono metabolicamente attivi ed altri meno, essendo dormienti. Gli antibiotici sono farmaci che agiscono su microorganismi metabolicamente attivi. All’interno del biofilm i diversi microorganismi possono essere più o meno sensibili rispetto ad altre specie. Questi possono scambiare geni, modificando quindi la resistenza e la “cattiveria” di un batterio.

Per combattere un biofilm si stanno creando delle superfici auto-disinfettanti. Prendendo quindi un vetro in cui gli ossidrili vengono sostituiti per mezzo di toluene, con dei gruppi tiolici. Una volta sostituiti, questi si legano a sostanze poi decise, come l’argento. L’argento è un antimicrobico naturale. Vengono utilizzati anche rame e farmaci (antibiotici). Viene quindi determinata la morte dei microbi che si attaccano.

Bioaerosol

Un’altra strategia per combattere le infezioni nosocomiali è il bioaerosol. È una diffusione di microorganismi nell’aria o su una superficie che supera un determinato valore. La diffusione di questi fa sì che si possano depositare su una superficie creando un biofilm. Il bioaerosol può entrare in contatto con un soggetto che entra in quell’ambiente dando così luogo ad un’infezione. I bioaerosol si studiano mediante una piastra, che contiene un terreno di coltura. La piastra va messa in un apparecchio che fa convogliare l’area di un ambiente su una piastra. Secondo l’Istituto Superiore di Sanità le analisi microbiologiche dovrebbero avere come limite 0,5 CFU/cm². Il bioaerosol è pericoloso perché potrebbe radicare nell’ambiente e formare il biofilm, quindi di garanzia di presenza costante nel tempo di microrganismi.

• Microrganismi vivi coltivabili e non: Batteri, Miceti, Virus, Protozoi.
• Prodotti metabolici, composti organici volatili etc.

Per lungo tempo il rischio biologico in ambito lavorativo è stato considerato soprattutto come rischio infettivo per quei gruppi di lavoratori esposti a microorganismi in ambito sanitario e per quelli a rischio di contrarre zoonosi (veterinari, agricoltori etc.).

Agente biologico

È qualsiasi microorganismo anche geneticamente modificato, coltura cellulare, endoparassita umano capace di provocare infezioni, allergie, intossicazioni all’uomo. Può essere anche qualsiasi tossina o allergene derivato dagli stessi microorganismi.

• Microorganismo: qualsiasi entità microbiologica in grado di riprodursi e trasferire materiale genetico.
• Microrganismo geneticamente modificato: entità il cui materiale genetico è stato modificato in un modo che non avviene in natura mediante incrocio e/o ricombinazione naturale.
• Coltura cellulare: risultato della crescita in vitro di cellule derivate da organismi pluricellulari.

Gli ambienti tipici in cui si possono trovare ambienti biologici sono gli ambienti ad uso deliberato dei microrganismi, ovvero luoghi in cui i microorganismi sono introdotti nel ciclo lavorativo per essere trattati, manipolati o trasformati per sfruttarne le proprietà biologiche a qualsiasi titolo. L’agente biologico può comunque essere presente e rappresentarne un rischio in ambienti in cui vi è una potenziale esposizione, ovvero ambienti in cui il microorganismo deriva dall’ambiente di lavoro in cui ci si trova, ma non essendo deliberatamente trattato.

Campo di applicazione

Qualsiasi ambiente di lavoro in cui vengono svolte attività per la quale si possa individuare una potenziale presenza di agenti biologici, deve essere studiato al fine di definire un eventuale rischio di esposizione del personale presente.

Metodi di trasmissione

Le modalità di trasmissione dei microrganismi possono essere:

• Diretta: da malato o portatore al sano.
• Indiretta: da malato o portatore, all’ambiente fino all’ospite sano.

Affinché avvenga la trasmissione si avvale di veicoli (mezzo inanimato che trasporta microorganismi come aria, acqua o alimenti, superfici, suolo) e vettori (mezzi animati come gli animali). È caratteristica dei microrganismi più resistenti. Le vie di trasmissione possono essere per ingestione, inalazione, accoppiamento, contatto, inoculazione e trasmissione iatrogena.

Simbiotici e parassitismo

Quando gli agenti biologici entrano nell’organismo, possono agire secondo:

• Simbiosi: microorganismo ed ospite uomo, si scambiano favori reciprocamente.
• Commensalismo: i microrganismi non danneggiano, ma traggono beneficio.
• Parassitismo: danneggia l’ospite.

Fattori che possono influenzare le caratteristiche di suscettibilità dell’ospite sono: Resistenza e Sensibilità.

Gruppi di rischio

Gli agenti biologici sono stati divisi in 4 gruppi di rischio:

• Gruppo rischio 1: quelli che teoricamente non rappresentano pericolo né per l’individuo né per la collettività. La possibilità di causare una malattia è remota. Sono parassiti commensali (Escherichia coli, Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevisiae) e se migrano in un altro distretto corporeo possono causare patologie. Sono dei microrganismi traccianti, ovvero quelli utilizzabili in laboratorio senza rischi di manipolazione. Permettono di verificare se le pratiche di disinfestazione sono fatte bene. Sono i primi microrganismi che vengono utilizzati per testare nuovi farmaci o disinfettanti.
• Gruppo di rischio 2: l’agente può causare malattie nell’uomo e costituire rischio per i lavoratori; è poco probabile che si propaghi alla comunità. Sono disponibili terapia e profilassi. Questi sono Staphylococcus aureus, Herpes simplex virus 1 (labialis) e 2 (genitalis), Enterobacter aerogenes, Candida albicans. La legionella può dare due tipi di infezione, una più blanda e una che può dare polmonite (mortale).
• Gruppo di rischio 3: agente che può causare gravi malattie nell’uomo (tipicamente mortali) e costituire serio rischio per i lavoratori e può propagarsi alla comunità, causando epidemie. Sono comunque disponibili terapia e profilassi. A questa categoria appartengono Salmonella typhi, Bacillus anthracis (antrace), Brucellula abortus. Il Sarc-Cov 2 rientra in questo gruppo.
• Gruppo di rischio 4: agente che può causare gravi malattie nell’uomo e costituire serio rischio per i lavoratori e può presentare elevato rischio di propagazione alla comunità. Non sono presenti di norma efficaci misure di terapia e profilassi. A questi appartengono virus di Ebola, Marburgo e febbre emorragica di Crimea/Congo. Il virus dell’Ebola e Marburgo appartengono alla famiglia e sono virus a mRNA. Entrambi causano febbre emorragiche con tasso di mortalità molto alto, Ebola fino a 90% e Marburgo 70-80%. Alla fine degli anni 60, stavano lavorando su cellule di scimmia, che però erano contaminate dal virus di Marburgo, che uscì da laboratorio. I tempi di incubazione di questi virus sono da 2 a 20 giorni.

Gli agenti biologici sono comparsi sulla Terra (comparsa 4,5 miliardi di anni fa) dopo che è comparsa l’acqua (3,9 miliardi di anni), quando è comparso il Progenota, quindi circa 600 milioni di anni. Il progenota è simile ai cianobatteri ed era:

• Termofili: l’acqua era -100°C.
• Anaerobio: non era ancora presente ossigeno.

Microbiologia

La microbiologia è la scienza che studia i microrganismi e le loro attività. Ha per oggetto la forma, la struttura, la fisiologia, il metabolismo, la riproduzione e la classificazione. La microbiologia è una scienza relativamente giovane. Il termine è stato coniato nel 1878 da un medico francese. Micro: molto piccolo, biologia: vita. La capacità di risoluzione dell’occhio umano permette di vedere organismi fino a 0,1mm. È quindi necessario l’utilizzo del microscopio il quale è stato messo a punto circa 400 anni fa.

La microbiologia è stata sfruttata per fare farmaci o terapie contro malattie. È una scienza collegata trasversalmente con la vita, ma è collegata anche con il mondano (tossina botulinica). Fino alla metà dell’600, il 1684 andava la teoria della generazione spontanea. Questa teoria prevedeva che gli insetti e i microorganismi si generavano spontaneamente dalla materia inanimata. Francesco Redi, nel 1688 fu il primo che contestò la teoria della generazione spontanea attraverso un semplice esperimento. Questo prevedeva un contenitore all’interno del quale era presente un pezzo di carne. Coprendo il contenitore lui vide che gli insetti non si generavano all’interno del contenitore, confutando quindi la teoria della generazione spontanea.

Già alla fine del 500, si utilizzavano dei microscopi, strumenti rozzi che possedevano una scarsa qualità di lenti. In quel secolo vennero poi comunque perfezionati sia in Inghilterra sia in Italia (Malpighi e Galilei). Questo aveva origine di 3 lenti e ingrandiva di circa 300 volte. Antony Van Leeuwenhoek era un mercante francese con la passione per scienza e belle donne. Andava nei salotti dell’Olanda e agganciava le dame facendo tamponi sulla lingua per poi mostrare alle donne i microorganismi presenti nella saliva.

Edward Jenner fu il primo ad intuire la pericolosità di un virus. Pubblicò un articolo scientifico nel 1798 “Indagine su cause ed effetti del Vaiolo vaccino, una malattia nota come Cow Pox (vaiolo bovino)”. Il vaiolo al tempo era una malattia che scatenava epidemie mortali nel mondo. Fino a Jenner si faceva la vaiolizzazione, ovvero una pratica per cui si prendevano le croste o il siero delle pustole di malati di vaiolo e le si somministravano a soggetti sani. Questo spesso funzionava ma molte volte i soggetti morivano e diffondevano la peste. Jenner osservò che chi mungeva le vacche si ammalava di una forma lieve di vaiolo e non era attaccabile dalla variante umana di vaiolo. Convinto di questa osservazione, somministrò ad un bambino l’estratto di siero di pustole di una mungitrice che si era ammalata di vaiolo (variante bovina). Il bambino si ammala ma non in maniera grave. Una volta guarito dalla variante bovina, gli viene iniettato il siero però di variante umana. Il bambino morì. Fu il primo ad introdurre il concetto di virus e di vaccino.

Intorno alla metà dell’800 si capì che per impedire le malattie si doveva agire sull’ambiente e su lavoratori. Qui furono importanti le figure di Ignac Semmelweis 1847 e di Joseph Lister. Questi due scienziati iniziarono a disinfettarsi prima di iniziare ad operare, specialmente mani e campo operatorio. Le morti iniziarono così a diminuire. Tyndall nel 1877 scoprì come eliminare i microorganismi resistenti sugli alimenti. Inventò quindi il metodo di tindalizzazione. Il substrato viene sottoposto a tre 3 giorni di trattamento. Il substrato viene riscaldato a circa 100° per mezz’ora per poi lasciarlo una notte a 37° (stesso processo per 3 giorni). Pasteur creò i primi tipi di trattamenti antimicrobici con il calore, tra cui l’autoclave. Mise fine anche alla teoria della generazione spontanea (1864). Egli dimostrò che l’aria era solo un veicolo con i contenitori a collo d’oca all’interno del quale era presente un brodo di carne. Scaldandolo uccise prima i microrganismi. Lasciando il collo d’oca integro, non cresceva nulla. Aprendolo si creava un terreno di coltura. L’aria era quindi il mezzo di trasporto. Pasteur fu anche il padre delle vaccinazioni di massa per rabbia e carbonchio.

A Napoli, nel 1973 ci fu epidemia di colera. Ci furono circa un migliaio di persone infettate e in 25 morirono. Iniziò quindi una campagna di vaccinazione. Koch fu il primo a mettere in piedi un meccanismo che permette di isolare gli agenti biologici. Creò dei postulati:

• Il microorganismo deve essere presente in ogni caso di una data malattia, ma assente negli organismi sani;
• Il microrganismo patogeno deve essere isolato e fatto crescere in una coltura pura;
• La stessa malattia deve riprodursi ogni volta che il microorganismo isolato viene inoculato in un ospite sano;
• Lo stesso microrganismo deve essere isolato nuovamente dall’ospite infettato.

Nel 1892 però Max Von Pettenkofer disse che non è il contatto diretto col germe che uccide, bensì bisogna il contatto con un ambiente degradato che ha consentito al germe di propagarsi all’atmosfera come esalazione infettiva. Dimostrò quindi che non tutti reagiscono ugualmente di fronte allo stesso agente patogeno introducendo quindi la suscettibilità individuale.

Date rilevanti

• 1929: Alexander Fleming scopre il potere antimicrobico delle muffe (penicillina).
• 1930: E. Ruska mette a punto il microscopio elettronico.
• 1950: Salk e Sabin creano il primo vaccino per la poliomielite.
• 1973: B. Ames crea il test della genotossicità.
• 1974: Takahashi inventore del vaccino contro la varicella.
• 1979: OMS eradicazione del vaiolo.
• 1981: scoperta AIDS.
• 1983: Carré-Sinoussi individuò per la prima volta il virus HIV nei linfonodi di un paziente.

La cellula batterica

La cellula batterica è una regione dello spazio microscopica, dove avvengono processi di trasformazione e degradazione di molecole in maniera ordinata. La cellula batterica ha quindi un metabolismo formato da catabolismo e anabolismo. I microrganismi sono fortemente influenzati dall’ambiente specialmente nelle loro principali espressioni metaboliche: riproduzione, sporogenesi, quorum sensing e chemiotassi. Tipicamente, quando si osserva una coltura microbica crescere si fa un’analisi della sua cinetica, si va a vedere quindi il numero di cellule che compaiono in funzione del tempo. Il batterio che si riproduce il più velocemente in assoluto è Escherichia coli.

Il quorum sensing è un sistema che utilizzano i microrganismi di una determinata specie per comunicare tra loro in modo tale da poter fare una determinata attività metabolica in maniera congiunta. Quando i batteri raggiungono un certo numero di cellule, una certa densità cellulare, alcune di esse rilasciano delle molecole segnale che incamerate da altre cellule, favoriscono la produzione di una determinata sostanza. Questo è tipico quando si produce un biofilm. In funzione dell’ambiente, alcuni organismi viventi sono spesso in grado di muoversi autonomamente (chemiotassi). Si muovono grazie a delle appendici cellulari, i flagelli. Le cellule evolvono ed acquisiscono nuovi caratteri biologici.

Il primo a riordinare il mondo dei microorganismi nel 1875, fu Linneo. Applicò un sistema di classificazione binomiale. Creò due grandi linee evolutive: Sistema Nature Animali e Piante. Nel aveva aggiunto anche un terzo regno, il regno Caos all’interno del quale erano presenti i microrganismi che era riuscito ad individuare. Da Linneo in avanti, studiando la fisiologia dei microrganismi, da 2-3 regni si passò a 5 regni:

• Monera: regno delle cellule semplici. Organismi unicellulari procarioti microscopici con genoma sparso nel citoplasma.
• Protista: organismi unicellulari eucariotici autotrofi (sintetizza sostanze organiche da inorganiche) ed eterotrofi (demolisce sostanze organiche per produrne altre).
• Plantea: organismi eucariotici pluricellulari autotrofi.
• Fungi: pluricellulari eterotrofi con caratteristica di nutrirsi per assorbimento.
• Animalia: pluricellulari eterotrofi.

All’inizio degli anni '80, Carl Woese creò un albero filogenetico. Lui iniziò a studiare gli acidi nucleici dei vari organismi e notò che nei diversi organismi, anche di tipologie diverse, alcune sequenze di DNA ribosomiale erano rimaste uguali (a livello evoluzionistico). Capì quindi che per capire i microrganismi, era necessario dividere tutto il mondo del creato in 3 linee evolutive definite domini. All’origine delle linee evolutive era presente il Progenota. I domini sono:

• Bacteria: Organismi unicellulari procarioti. Hanno quindi genoma sparso nel citoplasma. Presenza di parete cellulare con peptidoglicani. Habitat ubiquitario.
• Archea: Organismi unicellulari procarioti. Hanno quindi genoma sparso nel citoplasma. Presenza di parete cellulare. Assenza di peptidoglicani. Habitat ubiquitario inclusi ambienti estremi. Vengono infatti definiti microrganismi estremofili, possono infatti vivere in ambienti con concentrazione di Sali molto alte nonostante il sale sia antimicotico. Le cellule del dominio dell’archea sono tutte diverse l’una dall’altra in quanto nella parete di questi non è presente il peptidoglicano.