Appunti modulo Virologia

Virologia

La microbiologia è la disciplina scientifica che studia i microbi, esseri viventi di piccole dimensioni di solito invisibili all'occhio umano. La microbiologia e la virologia clinica trattano del rapporto tra microrganismi e uomo e del processo patogenetico con l’associata sintomatologia che causano nell’uomo.

Negli anni '70 non c’erano molte malattie infettive, la popolazione stava bene da un punto di vista sociale ed igienico di conseguenza il numero di infezioni diminuisce rispetto a prima. Ora sono presenti numerose patologie infettive come COVID, SARS, Ebola, HIV, etc. Tutti i mesi sono scoperte nuove malattie infettive trasmesse dalle zanzare. Virus non presenti nel nostro continente a causa dei cambiamenti climatici e migrazione delle popolazioni stanno comparendo nel nostro emisfero. C’è un grande aumento del numero di infezioni legate all’assistenza sanitaria, che è indispensabile e porta numerosi vantaggi ma porta anche resistenza agli antibiotici ed emergenza di nuove patologie infettive.

Concetti generali

Il contatto è qualsiasi interazione fisica tra microrganismo e ospite. Il contatto può avere come conseguenza l'infezione ovvero l’ingresso del microrganismo nell’ospite e la replicazione del microrganismo nell’ospite. La conseguenza dell'infezione può essere la malattia contagiosa/infezione, non tutte le infezioni sono associate a sintomatologia → non tutte infezione causano patologia.

La comparsa della malattia o sintomi legati all'infezione si chiama patogenesi. La patogenesi è il processo attraverso cui un'infezione conduce ad una malattia o ad una sintomatologia. La patogenesi è una situazione anomala, nella maggior parte dei casi le infezioni si risolvono senza che noi ce ne accorgiamo, senza sviluppo sintomi → infezioni subcliniche: ogni microrganismo ha come obiettivo la propria sopravvivenza, per sopravvivere devono replicarsi e hanno bisogno di un ospite → causare malattie gravi o morte non è nell’interesse del microrganismo.

Rappresentazione infezioni

Il decorso delle malattie infettive è rappresentato da un iceberg, un iceberg è parzialmente visibile, la parte visibile è molto più piccola di quella non visibile. La parte non visibile è la parte subclinica non associata a sintomatologia. La parte più grande è rappresentata da tutte quelle volte che la popolazione viene in contatto con un microrganismo ma non avviene l’infezione. Salendo di un gradino troviamo casi in cui avviene l’infezione ma non c’è manifestazione clinica → asintomatica. Il nostro organismo ospita virus che si replicano ma non causano patologie, quando il microrganismo si replica può essere trasmesso. La porzione appena visibile sono le infezioni con sintomatologia lieve con esito benigno quindi malattie con severità moderata. La parte superiore è rappresentata dalla malattia severa che eventualmente ha sequele. La punta è rappresentata dalla piccola percentuale di soggetti che muoiono. Facendo una media matematica il 95% sono infezioni asintomatiche o eventi che non portano a infezione → parte subclinica; il 4% patologie lievi; 1% malattie severe e 0.1% morte.

Fattori che determinano infezioni

La severità e la comparsa della malattia dipendono da una serie di fattori che interagiscono tra loro e che riguardano microrganismo, ospite e ambiente → la patogenesi è l’esito di una relazione tra diversi fattori.

Caratteristiche ospite

• Genere
• Abitudini
• Tenore di vita: dieta e sonno
• Fumo
• Genotipo e fenotipo
• Stress
• Igiene
• Stato di immunocompetenza
• Acidità di stomaco

L’elemento principale di tutto questo è il sistema immunitario → più il sistema è componente più è in grado di combattere l'infezione. Per quanto riguarda la protezione contro le infezioni abbiamo difese meccaniche come la pelle, barriere chimiche per esempio l’acidità dello stomaco, la difesa specifica determinata dalla produzione di anticorpi nei confronti di un microrganismo, la difesa aspecifica determinata dalla presenza di IgA ed elementi aspecifici del sistema immunitario.

Caratteristiche microrganismo

Ogni microrganismo ha caratteristiche e peculiarità che lo determinano come infettività, patogenicità, virulenza, immunogenicità, stabilità antigenica.

• Infettività: è la capacità del microrganismo di entrare e replicarsi all’interno dell'ospite → capacità di infettare l’ospite (infezione no malattia). È data dal numero di soggetti che hanno l’infezione in corso rispetto al numero della popolazione totale.
• Patogenicità: è la capacità del microrganismo di causare una malattia, ovvero fare in modo che l'ospite infetto sviluppi sintomatologia. Si calcola facendo il rapporto tra i malati e gli infetti.
• Virulenza: quanto è severa la malattia, è un indice di gravità. Per esempio la virulenza della rabbia è al 100%, uccide tutti gli organismi che infetta, quindi il case fatality rate è del 100%, il CFR è una misura della virulenza. Si calcola facendo morti su infezioni sintomatiche.

Caratteristiche fattori ambientali

Sono tutto quello che riguarda l'ambiente in cui viviamo, sono fattori naturali e sociali. Per esempio condizioni di povertà senza fognature portano a una maggior numero di infezioni fecale orale. La mancanza di sanità pubblica (es. guerre) porta a un maggior numero di infezioni. I fattori ambientali hanno una grossa influenza sullo sviluppo o meno della patologia.

Descrizione infezione

Descrizione temporale dell’infezione

Una malattia infettiva viene definita a seconda della frequenza con cui si manifesta all’interno di una popolazione. Le malattie possono essere:

• Endemiche: infezione che si manifesta ad una frequenza attesa all’interno di una popolazione nel corso dell’anno. In ogni momento dell’anno in quell'area geografica c’è sempre la stessa percentuale di soggetti malati → il numero di casi nel corso del tempo è costante.
• Epidemiche: ha una frequenza inaspettata ed inusuale maggiore all’interno di una popolazione.
• Sporadiche: pochi casi di una malattia in una popolazione.
• Pandemiche: se l’infezione si verifica con frequenza superiore all'aspettativa in tutto il mondo abbiamo una pandemia.

Numero di casi nella popolazione

• Incidenza: dà indicazione del numero di nuovi casi di malattia presenti in una popolazione durante un determinato periodo, indica solo i nuovi casi.
• Prevalenza: sono tutti i casi di malattia presenti nella popolazione in un determinati periodo di tempo, conto tutti i casi dall’inizio alla fine del periodo indipendentemente dallo stato attuale.

Catena dell’infezione

Perché si abbia un’infezione ed eventualmente una patologia devono verificarsi una serie di step → catena dell’infezione.

• Reservoir o habitat: ambiente in cui il microrganismo si trova normalmente, quando il reservoir è un animale il microrganismo non causa patologia all’animale, rimane in un rapporto di mutuale beneficio.
• Microrganismo: agenti infettivi, batteri, virus, protozoi, vermi.
• Ospite suscettibile: ospite all’interno del quale i microrganismi si possono replicare, si può essere suscettibili in cattiva salute e non suscettibili in perfetta salute.
• Portali d’ingresso - vie d’uscita
• Replicazione - trasmissione

Vie di trasmissione

Le vie attraverso cui un microrganismo si diffonde nella popolazione sono di due tipi:

• Orizzontale: qualsiasi via che permetta la trasmissione da una persona a un’altra. Un microrganismo passa da un segmento all’altro della popolazione in modo orizzontale. Può essere:
  • Diretta: direttamente da una persona a un’altra, implica che ci sia un contatto fisico tra due ospiti suscettibili. Possono essere:
    • Via respiratoria: sputo, starnuto, tosse, droplets, aerosol.
    • Via parenterale: contatto con sangue infetto.
    • Via fecale orale: ingestione di cibi o acque contaminate.
    • Via sessuale: contatto sessuale tra liquidi biologici.
  • Indiretta: avviene tramite un mezzo che può essere:
    • Veicolo: essere inanimato, sono aghi contaminati, asciugamani, strumentazione ospedaliera come cateteri, strumenti chirurgici, lenzuola → trasmissione iatrogena.
    • Vettore: essere animato, sono artropodi, insetti che mediante pasto ematico succhiano sangue infetto e lo rigurgitano in un altro soggetto, sono ad esempio zanzare, zecche, pulci e pidocchi.
• Verticale: prevede il passaggio del microrganismi da madre a feto, si passa da una generazione alla successiva. Può avvenire:
  • Durante la gestazione: passaggio di microrganismi attraverso la placenta.
  • Durante il parto: contatto del neonato con fluidi biologici della mamma infetta.
  • Durante l’allattamento: passaggio di microrganismi nel latte materno.

Per eccellenza il microrganismo che ha tutte queste vie è HIV.

Portali di ingresso

I portali di ingresso sono tutte quelle strutture dell’organismo che hanno un’apertura verso l’esterno. Sono ad esempio:

• Pelle: pelle non integra lesionata anche microabrasioni invisibili, pori lesionati, follicoli. La pelle di per sé non è una buona via di ingresso perché è costituita da cellule morte, i microrganismi per replicarsi hanno bisogno di cellule in attiva replicazione, sfruttano una lesione per giungere a contatto coi capillari ed entrare nel circolo sanguigno. È considerata anche portale di ingresso per artropodi attraverso l'iniezione diretta del microrganismo attraverso puntura. La pelle è sia difesa meccanica sia portale di ingresso.
• Bocca: è un portale di ingresso per cibi contaminati, l’infezione non si blocca nella bocca e prosegue fino al tratto digestivo. Il microrganismo trova un ambiente ostile nello stomaco, per superarlo e raggiungere l’intestino devono mettere in atto strategie diverse. L'helicobacter pylori ha una serie di strategie biochimiche per superare il pH dello stomaco. Alcuni virus si rivestono per non subire l’attacco degli enzimi dello stomaco. Nell’intestino poi il microrganismo si replica nelle cellule epiteliali.
• Naso: insieme alla bocca è sensibile alla trasmissione per via aerea. Il microrganismo raggiunge i polmoni superando le vie aeree superiori ed inferiori e giunge in una zona in cui si replica o si ferma nelle cellule epiteliali esterne. In questo caso la barriera sono le cellule ciliate che servono per allontanare ciò che giunge dall’esterno.
• Tratto urogenitale: la trasmissione avviene per via sessuale o diretta contaminazione di materiale fecale a livello del tratto urinario (cistite da coli). Nella trasmissione sessuale gioca un ruolo importante l’integrità della mucosa → possibili microabrasioni.
• Congiuntiva degli occhi

Replicazione e diffusione

Una volta che il microrganismo entra si replica in luoghi diversi a seconda delle proprie caratteristiche e della suscettibilità della cellula. Il luogo delle replicazione può essere il sito di ingresso → infezione localizzata; per esempio il virus del raffreddore entra nelle vie aeree superiori e al massimo arriva a livello della trachea.

Alcuni virus non trovano cellule suscettibili nel sito di ingresso e quindi vanno a disseminarsi e trovare gli organi bersaglio → diffusione o disseminazione del microrganismo. Questa diffusione avviene prevalentemente attraverso il circolo sanguigno fino a raggiungere le cellule target; i virus delle epatiti trasmessi per via fecale orale e sessuale non rimangono nel sito di ingresso ma vanno a cercare il fegato tramite circolo sanguigno. Quando il microrganismo si trova nel sangue parliamo di viremia se è un virus o batteriemia se è un battere.

Raramente la vie di diffusione usata la via neurale; il microrganismo dal sito di infezione raggiunge l’organo bersaglio mediante il trasporto assonale, viene fisicamente trasportato mediante trasporto anterogrado o retrogrado lungo gli assoni → il bersaglio è il SNC. Un’infezione è definita sistemica quando riguarda tutto l’organismo → microrganismo ovunque. Il microrganismo si replica nel luogo più adatto e a quel punto possiamo avere sintomatologia o meno.

Tempo di permanenza

L’esito dell’infezione dipende dal fatto che il microrganismo venga eliminato completamente dal corpo all’interno di un periodo di 4-6 mesi oppure non venga mai eliminato e rimanga nell’organismo per tutta la vita dell’ospite.

Se il microrganismo è eliminato dall’ospite parliamo di clearance → eliminazione completa del microrganismo dall’ospite. In questi casi si parla di infezione acuta → il sistema immunitario è stato più forte del microrganismo. Durante l’infezione acuta il microrganismo si replica in modo massivo, a un certo punto non ho più replicazione perché il sistema immunitario risponde. L’infezione acuta si contrappone all’infezione persistente, quando il microrganismo viene eliminato solo in caso di morte dell’ospite → il microrganismo è continuamente presente e può causare o no sintomatologia.

La presenza di un’infezione acuta o persistente dipende esclusivamente dalle caratteristiche del microrganismo. Alcuni microrganismi danno solo infezioni acute, altri solo persistenti e alcuni si trovano in una situazione intermedia. Ci sono tre tipi di infezioni persistenti:

• Latente: si ha tutte le volte che il microrganismo infetta l’ospite, si replica attivamente ma ad un certo punto spegne la propria replicazione e diventa silente → non se ne va ma si zittisce. Se la replicazione è attiva abbiamo produzione completa del microrganismo, quando si spegne va in latenza e il microrganismo produce solo proteine della latenza → non è mai completamente silente. Quando il microrganismo esce dalla fase di latenza torna a replicarsi completamente → questa alternanza va avanti per tutto il ciclo della vita dell’ospite. L'alternanza delle fasi dipende dall’equilibrio che si instaura tra microrganismo e sistema immunitario. Quando si replica attivamente può essere trasmesso, la replicazione attiva non implica una sintomatologia. Le varie fasi di latenza e replicazione avvengono in zone diverse del nostro organismo, il virus si nasconde dove il sistema immunitario è poco attivo (es. SNC).
• Cronica: si tratta di una presenza continua del microrganismo infettante ed attiva replicazione, il microrganismo si replica continuamente a un livello basso ma costante durante tutta la vita dell’ospite, replicandosi sempre viene anche sempre trasmesso. Possiamo avere o meno sintomatologia anche lieve quasi subclinica. Prima o poi l’organo o il tessuto dove avviene la replicazione si deteriora e alla fine avremo una sintomatologia aggravata. Ad esempio virus epatitici che rimangono cronici si replicano negli epatociti e il fegato diventa poi fibrotico. Un’infezione cronica può essere più o meno severa o benigna a seconda delle caratteristiche dell’ospite.
• Lenta: il microrganismo continua a replicare ma la replicazione aumenta progressivamente nel corso degli anni → il livello replicativo del microrganismo aumenta. Nella maggior parte dei casi la situazione si aggrava e alla fine ho una sintomatologia severa (es. HIV e poi AIDS).

Il fatto che un microrganismo sia persistente dipende dalla sua capacità di evadere dal sistema immunitario tramite una serie di meccanismi:

• Nascondimento fisico: il microrganismo va a nascondersi in un posto dell'ospite caratterizzato da un basso livello di sistema immunitario (es. SNC).
• Deregolazione di MHC: le MHC sono proteine che, in cellule tissutali nucleate infettate, legano molecole tipiche del patogeno e le espongono sulla membrana, diventano antigeni per i recettori dei linfociti T.
• Variazione genica: produzione di proteine non riconosciute dal sistema immunitario.

I meccanismi sono specifici di ciascun microrganismo.

Portali di uscita

I microrganismi devono uscire per andare a infettare altri ospiti, i portali di uscita sono gli stessi d’ingresso.

Processo infettivo

Il processo infettivo è diviso in:

• Incubazione: il microrganismo è entrato nell'ospite ma ancora non abbiamo manifestazione. È una fase iniziale che varia nel tempo a seconda del microrganismo. In questa fase avviene replicazione → il microrganismo è attivo e trasmissibile, è minore se l’organo bersaglio è il sito di ingresso.
• Fase prodromica: periodo di tempo limitato in cui si ha sintomatologia specifica, non abbiamo ancora sintomatologia dovuta all’infezione ma sintomi specifici della fase prodromica.
• Malattia
• Fase di declino: declino di sintomi e replicazione.
• Fase di convalescenza e guarigione: il microrganismo subisce clearance o va in latenza o l’ospite muore.

Rapporto con l’ospite

Le interazioni che si sviluppano con l’ospite possono essere:

• Commensale: beneficio mutuale. La simbiosi è simile ma porta un vantaggio maggiore al microrganismo, è più riscontrabile in infezioni fungine.
• Patogeni: il microrganismo causa un danno all’ospite.
• Patogeni opportunisti: normalmente non causano una patologica o un danno, possono rimanere come commensali e simbioti ma si approfittano dello stato di debolezza dell'ospite e diventare patogeni.

Caratteristiche generali dei virus

Il virus è un agente infettivo di piccole dimensioni e composizione semplice che può replicare solamente all’interno di una cellula vivente che sia cellula di uomo o di animale o di vegetale o un battere.

• Trasmissibile → agente infettante.
• Piccole dimensioni → non visibile al microscopio ottico ma solo a quello elettronico.
• Composizione semplice → è composto sempre e esclusivamente da proteine ed acidi nucleici.

Il virus è definito un parassita endocellulare obbligato perché