Appunti Microbiologia ed igiene completi

Microbiologia 1

Microbiologia = scienza che studia i microrganismi, ossia organismi invisibili ad occhio nudo inclusi tutti i virus, i batteri, i protozoi e alcuni parassiti.

Dal greco:

• Micros -> piccolo
• Bios -> vita
• Logia -> studio

Studia gli agenti infettivi nei loro vari aspetti.

-> Studia le interazioni patologiche e non tra agenti infettivi ed esseri umani (= microbiologia “clinica”).

-> Offre una diagnosi eziologica di infezione individuando l’agente responsabile.

Cosa si intende con microorganismo

• Batteri
• Virus
• Protozoi
• Elminti -> es tenia
• Funghi

= gruppo molto eterogeneo di organismi viventi.

Interazione microrganismo-ospite

• Patogeni franchi -> pochi batteri (1%) sempre patogeni; in totale si conoscono circa 1'400 specie patogene per l’uomo (tra virus, batteri, funghi, protozoi ed elminti). Herpes.
• Patogeni opportunisti -> patogeni solo in determinate condizioni. Candida -> fa parte del nostro microbiota (è commensale) fino a che non c’è un fattore conturbante (antibiotici, stress, …) che altera l’equilibrio; diventa opportunista. Fibrosi cistica colpisce tutte le aree mucose del corpo ed in particolare i polmoni: i microorganismi per i malati sono opportunisti della condizione.
• Commensali -> possono instaurare relazioni benefiche con l’ospite. Microbiota.

Microbiota

Microbiota = il corpo umano contiene almeno 1000 specie diverse di batteri noti e questi contengono 150 volte i geni di quelli che si trovano nell’intero genoma umano.

Noi siamo un microrganismo -> insieme di noi e dei microbi e come insieme promuoviamo funzioni che possono anche essere positive; abbiamo nel corpo:

• 10¹² cellule
• 10¹⁴-10¹⁶ batteri (microbiota) – con annessi -> geni (microbioma = batteri + geni)
• 10¹⁰

Microbiota = insieme dei microrganismi che convivono nel nostro corpo.

Microbioma = microbiota + componente genetica che si porta dietro.

Metaboloma umano -> insieme di tutti i metaboliti di un organismo biologico, cioè di tutte le sostanze che sono in grado di partecipare ai processi di un organismo.

Cosa agisce modificandolo?

A. Probiotico -> aiuta un ecosistema a sopravvivere o a ristabilirsi; beneficio della salute dell’ospite. Es mangiare yogurt aiuta microbiota quindi anche candida.

B. Prebiotico -> composti presenti negli alimenti (substrato) che inducono la crescita o l’attività di microrganismi benefici come batteri o funghi. Es sono fibre non digeribili che passano attraverso la parte superiore del tratto gastrointestinale e funzionano da substrati stimolando la crescita o l’attività di batteri vantaggiosi che colonizzano il colon.

Microbiota (e conseguentemente microbioma) sono diversi a seconda del sito (es bocca o reni) ma quello più ricco è quello intestinale (= microrganismi che vivono nel distretto intestinale).

Intestino -> tutto il tratto gastrointestinale che inizia con la bocca e finisce con l’ano. Ha specie differenti a seconda del luogo specifico (stomaco, colon, duodeno, ileo, …), questo per varie ragioni della quale la più importante il pH (nello stomaco molto basso, quindi molti batteri non specifici morirebbero velocemente qui).

Funzioni generali

• Sviluppo e mantenimento delle funzioni del sistema immunitario
• Mantenimento dell’integrità della barriera intestinale
• Limita l’attaccamento di patogeni -> per competizione di spazi
• Gut-microbiota-brain axis e influenze sulla fisiologia neuronale e sul comportamento

Da studi sembrerebbe che quello intestinale influenzi l’assorbimento dei nutrienti, l’estrazione delle componenti energetiche dai nutrienti stessi e diverse di vie metaboliche dell’ospite; inoltre sono:

• Catabolismi delle tossine alimentari
• Catabolismi sostanze cancerogene
• Sintesi micronutrienti (vitamine)
• …

Equilibrio dinamico tra uomo e microbiota

Da quando nasciamo a quando moriamo si sviluppa e si modifica costantemente ma tende sempre all’equilibrio iniziale (equilibrio dinamico) perché è molto resiliente; alcune alterazioni sono provocate da:

• Cambiamenti di vita
• Riduzione di alimenti salutari / vegetali / varietà animali / aumento consumo grassi / zuccheri
• Fattori genetici
• Attività fisica
• Farmaci usati smodatamente o non correttamente
• Riposo
• Stress
• Invecchiamento
• Patologie

*portano a disbiosi (= equilibrio rotto Vs eubiosi = acquisito), ciò provoca:

• > permeabilità intestinale -> più facilmente infezioni
• Alterazione sistema nervoso enterico
• Alterazioni sistema nervoso centrale
• Liberazione citochine pro-infiammatorie
• Alterazione mobilità intestinale
• Cattiva digestione
• Gonfiore / meteorismo / dolori addominali

*diarrea (Vs dissenteria è associata a sangue e può portare alla morte) / malattia di Crohn (= malattia cronica) / diarrea antibiotico-correlata / invasione patogena / vaginosi batterica / parto prematuro.

Sviluppo: dalla nascita alla vita adulta

Periodo perinatale -> comincia a svilupparsi durante la vita fetale infatti:

• Placenta non è sterile -> c’è DNA batterico con un microbiota proprio: il sequenziamento del DNA batterico ha mostrato la somiglianza con i batteri presenti nella cavità orale oltre ad esserci nel liquido amniotico e nel meconio

Fattori neonatali:

• Con il parto il bambino si arricchisce del microbiota vaginale (la modalità di parto cambia il microbiota del bambino, preferenza parto naturale)
• Latte materno -> insegna con i “bifido batteri” come digerire gli oligosaccaridi, come digerire la maggior parte degli zuccheri e soprattutto quelli più complessi --> il metabolismo degli zuccheri coinvolge moltissimi geni e questi sono condivisi nel microbiota

Fattori postnatali -> microbiota matura con l’età:

• Da quando si introducono cibi solidi

La comunità microbica tende ad essere stabile dall’introduzione dei cibi solidi alla vecchiaia ed è personale e unica per ciascuno (infatti detta “impronta microbiotica”); ognuno di noi quindi vive bene con diverse composizioni all’interno e la disbiosi è la variazione dall’equilibrio per me: le analisi di laboratorio non hanno scopo perché non ci sono valori “standard” ai quali vanno paragonati.

Come si studia

Si studia come si studia un ecosistema:

Alta diversità di specie:

• Ecosistema sano
• Bilanciato
• Funzionalmente ridondante
• Resistente alle patologie

Bassa diversità di specie:

• Perdita di specie chiave
• Non bilanciato
• Funzionamento precario
• Sensibile alle malattie

Meno resiliente, risponde male agli urti => meno sano.

Ricchezza in specie ed equità della specie sono i 2 caratteri fondamentali:

• Alpha diversity -> ricchezza; numero di specie che ho nell’ecosistema
• Beta diversity -> equità; quanto le specie siano equamente distribuite

Importante per fare paragoni: dal campione fecale si estrae il DNA microbico e si analizza sequenziandolo. Il computer analizza i dati e fa un’indagine tra sani e malati: la quantità in specie si raggruppa tra i sani ed i malati ma tra loro sono diverse: sicuramente la malattia influenza il microbiota e forse il microbiota può influenzare l’esito della malattia.

Gut microbiota brain axis

Diversi studi hanno visto che alcuni metaboliti microbici possono migrare in distretti lontani e avere un effetto diretto sul paziente e sono per esempio gli SCSA (acidi grassi a corta catena: acetato, propionato e butirrato) o i BCFA (acidi grassi ramificati) o alcuni neurotrasmettitori. Questa comunicazione è bidirezionale: microbiota parla con SNC e SNC invia alcune molecole che possono informare il microbiota intestinale e modulare la risposta.

Effettivamente siamo quello che mangiamo infatti la dieta è il principale fattore che influenza il microbiota -> può affamare per composizione o numero di specie il nostro intestino.

+ Dieta mediterranea non esclude nessuna categoria e quindi fa bene al microbiota ed anche psicologicamente non porta a disagi sociali perché permette di non saltare occasioni di convivialità.

Malattie infettive

Malattia infettiva mediata da un microrganismo.

Ci sono vari tipi di trasmissione:

• Orizzontale -> avviene da un segmento all’altro della popolazione; può essere:
  • Diretta -> per contatto diretto con ospite infetto o con le sue secrezioni:
  • Goccioline di saliva
  • Rapporti sessuali
  • Trasmissione verticale
  • Contatto con animali
  • Indiretta -> attraverso un veicolo o un vettore:
  • Oggetti e superfici sporche e infette
  • Alimenti e bevande contaminate
  • Microgocce e polveri sospese nell’aria
  • Zanzare, zecche, pidocchi, pulci, … (la zanzara non è malata e quindi il contatto è ind Vs cane con rabbia è diretto)
• Verticale -> si può verificare da madre a figlio (attraverso placenta, parto, allattamento, …)

Effetto iceberg delle malattie: quello che noi vediamo quindi morti, malattia gravi e lievi sono solo la punta dell’iceberg perché tutta la grande parte di infezione asintomatica non è da noi percepibile perché si arriva ad un equilibrio tra microrganismo ospite e:

• Malattia infettiva -> il MO supera le difese dell'ospite e riesce a provocare un danno, causando la comparsa di sintomi clinici, e cioè di malattia. Anche la malattia clinica può avere esiti molto diversificati
• Infezione asintomatica -> il MO è capace di penetrare e moltiplicarsi nell'ospite, ma tra MO e ospite si crea una situazione di equilibrio, per cui non si ha comparsa di malattia; il soggetto spesso non è consapevole dell'avvenuta infezione

Sorgenti e serbatoi di infezioni

Sorgente -> uomo o animale (ospite di un agente patogeno) in grado di trasmettere ad altri soggetti recettivi della stessa specie o di specie diversa l’agente patogeno; dopo c’è:

• Soggetto malato
• Soggetto sano

Serbatoio -> specie animale o vegetale o substrato inanimato in cui l’agente patogeno ha il suo habitat naturale e da cui può essere trasmesso ad ospiti recettivi.

Determinanti di malattie infettive

Fattori che influiscono sullo stato di salute non agiscono quasi mai singolarmente ma attraverso meccanismi di interazione reciproca (in senso positivo o negativo); riguardano:

1. Agente patogeno -> determinante primario; necessario ma non sufficiente quindi genere, specie, virulenza, tropismo, …
2. Ospite -> determinanti interni all’ospite quindi specie, sesso, età, abitudini, stato immunitario, …
3. Ambiente –> determinanti esterni all’ospite (esogeni) quindi clima, microclima, ricoveri, alimentazione, …

1. Ruolo del microrganismo

I patogeni possono manifestare la loro aggressività in maniera diversa a seconda delle caratteristiche specifiche della loro specie:

• Virulenza -> diverso grado con cui la patogenicità dello stipite microbico si esprime
• Carica infettante -> numero minimo di MO necessari per dare origine all’infezione

2. Caratteristiche dell’ospite

L’organismo umano non subisce passivamente l’ingresso dei microrganismi infettanti ma attiva fattori di resistenza:

• Resistenza aspecifica -> meccanismo generale di difesa:
  • Barriera fisica -> cute e mucose
  • Azione meccanica di lacrime, saliva, urina, muco, e azione di sostanze in essi contenute, come lisozima, acidi grassi cutanei, acido cloridrico gastrico
  • Fagocitosi -> da parte di macrofagi, leucociti polimorfonucleati
• Resistenza specifica -> immunità:
  • Resistenza verso un agente infettivo specifico attraverso la produzione di anticorpi o attraverso la ricezione di anticorpi dall’esterno (vaccinazione, profilassi, trasmissione materna al feto)

3. Ambiente

Esercita la sua influenza sia sui microrganismi sia sulle vie di trasmissione:

• Ambiente fisico:
  • Clima -> effetti immediati sull’organismo, può favorire lo sviluppo di vettori di malattia (es. insetti)
  • Suolo -> caratteristiche geologiche, scarsità di acqua potabile, smaltimento delle acque reflue.
• Ambiente sociale -> abitazione, lavoro, condizioni socio-economiche

Microrganismi

Cosa sono

= forme di vita unicellulari (es tenia) o pluricellulari in grado di replicarsi autonomamente; ne esistono di vari tipi:

• Batteri (procarioti)
• Protozoi, funghi (eucarioti)
• Virus (acellulari)

Importanza

Sono ubiquitari; possono essere:

• Causa di malattie (infettive) che colpiscono il regno vegetale ed animale
• Causa di degradazione degli alimenti
• Essenziali per la vita (microbiota intestinale produce vit B12 / vit K)
• Necessari per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo
• Utilizzati come produttori di farmaci (antibiotici), sieri, vaccini e molecole (vitamine) per uso industriale

Cellula procariote Vs eucariote

Differenti per flagello ma soprattutto dimensione, infatti in una cellula batterica possono essere contenuti più di 500 particelle virali.

Batteri e virus

Batteri

Le componenti fondamentali, ossia necessarie alla vita, della cellula sono il citoplasma, i ribosomi, il nucleoide ed i corpi di inclusione (no mitocondri).

+ ci sono anche componenti non essenziali come pili, plasmide, flagello e capsula.

• Citoplasma -> si intende tutta la porzione di una cellula contenuta all’interno della membrana cellulare. Composta all’80% di acqua, per il restante è fatta da proteine, carboidrati, lipidi e tutti questi contribuiscono ad alzare la pressione osmotica cellulare. Ha consistenza simil-gelatinosa e qui sono immersi gli organuli cellulari
• Ribosomi -> sono la sede della sintesi proteica e hanno struttura diversa da quelli delle cellule eucariotiche. Composti da due subunità (50S / 30S) ognuna delle quali costituita da proteine e RNA ribosomiale. La differenza strutturale del ribosoma è alla base della tossicità selettiva (nei confronti dei batteri) di alcuni antibiotici (es. aminoglicosidi)
• Genoma batterico -> l’informazione genetica del batterio è contenuta nel cromosoma e negli elementi extra-cromosomici (plasmidi):
  • Cromosoma:
  • A localizzazione periferica (nucleoide)
  • Singola molecola circolare DNA super-avvolta
  • A replicazione autonoma
  • Contiene geni (circa 3.000) essenziali per la vita cellulare
  • Plasmidi:
  • Struttura e replicazione simili al cromosoma, ma ridotte dimensioni
  • Alcuni presenti in più copie (fino a 20)
  • Possono essere trasferiti ad altre cellule
  • Contengono geni non essenziali per sopravvivenza: fino a 5-100 geni/plasmide che codificano per fattori di virulenza (tossine, pili, adesine, enzimi legati ad antibiotico-resistenza)
• Corpi di inclusione -> depositi (riserve) di nutrienti a cui il batterio attinge a fini energetici (soprattutto in condizioni non ottimali per la crescita)
• Membrana -> fatta da doppio strato fosfolipidico e con vari scopi:
  • Regola il flusso di nutrienti
  • Sede di processi biosintetici
  • Produzione di energia
  • Sito di ancoraggio per strutture accessorie
  • Funzione di secrezione
  • Funzione di regolazione

Come si classificano i batteri

• Struttura della parete*
• Forma
• Temperatura di crescita
• pH di crescita
• Concentrazione di O₂ per la crescita
• Pressione di crescita
• Concentrazione di soluti di crescita

*organizzazioni diverse della parete si classificano in:

• Gram+ -> hanno lo strato di peptidoglicano più spesso. Questo è fatto da lunghe catene di 2 subunità: acido muranico + N-acetil-glucosammina. Ci sono anche acidi tecoici che a volte terminano esposti verso l’esterno mentre altre volte formano gli acidi lipotecoici verso l’interno (questi acidi non ci sono nei -)
• Gram– -> il peptidoglicano è molto piccolo e sottile; in ordine hanno: membrana citoplasmatica, spazio detto periplasma, lo strato di peptidoglicano, poi di nuovo periplasma e verso l’esterno la membrana esterna che ha una struttura particolare detta lipopolisaccaride: sa far reagire il sistema immunitario infatti è considerata una delle endotossine

LPS (lipopolisaccaride) si può dividere in 3 parti:

1. Catena laterale O-specifica -> quello che lo rende una tossina
2. Core centrale
3. Lipide A -> quello in grado di ancorarsi alla membrana

• Acido-alcool resistenti (micobatteri) -> presente un involucro esterno al peptidoglicano costituito da:
  1. Arabino-galattani
  2. Acidi micolici -> sono loro che danno acido-alcool resistenza
  3. Glicolipidi
  4. Proteine

+ micoplasmi non hanno la parete cellulare.

Colorazione di Gram mette in evidenza 2 grandi classi di batteri e rende possibile siano visibili al microscopio ottico. La colorazione si fa applicando il colorante crystal violetto che aderisce a tutto, in seguito applicando il lugol che è un mordenzante (potenza l’applicazione e quindi la durata del colore crystal), infine con una soluzione alcolica decoloro. Quindi quelle che hanno uno spesso strato di peptidoglicano rimangono colorate viola mentre quelle che hanno un sottile strato perdono il viola e si colorano con il secondo colorante di rosa.

+ strutture accessorie sono:

• Flagelli -> appendici cellulari, lunghe e sottili, disposte in modo differente in vari organismi monocellulari. Il suo corpo basale funge da ancoraggio del filamento e costituisce il motore del flagello, dopo si trova l’uncin