Microbiologia - Appunti prima parte

Microbiologia sunti

I microrganismi – essenziali ma anche causa di malattie, sia nel regno vegetale sia animale – 80% biomassa.

Microbiologia medica – agenti, interazioni, diagnosi eziologica.

8% del nostro DNA.

Riduzione di malattie dal 1895 – Fleming con penicillina.

Aumenti vi sono se meno acqua potabile e peggiori condizioni igienico-sanitarie.

Se vedo picchi di mortalità in periodi di pace allora ho patogeno circolante.

A contribuire alla globalizzazione delle malattie vi sono i viaggi e i trasporti di merce; es peste Antoniana dovuta a navi romane ovunque, malarie dopo tratte degli schiavi, SARS con aerei.

Patologie riemergenti fanno paura – es febbre del Nilo o MERSCov (covid di dromedario).

Ho poi virus stupidi, che uccidono subito d’ospite (ebola), e virus intelligenti, che si adattano con salto di specie.

Problema dei patogeni è quindi globalizzazione, per allergie comprese.

Patologie neglette – malaria.

Classificazione dei viventi

Archea e batteri sono procarioti, poi ho eucarioti.

• Procarioti – no membrana interna, con nucleoide, ma con membrana citoplasmatica per processi enzimatici, a volte con parete cellulare – ribosomi di 70S.

Archea – resistenti ad ambienti estremi – utili in ingegneria.

Alcuni studi – archea + batteri = eucarioti.

• Monera – batteri, patogeni e non - organismi unicellulari, procarioti che si dividono per scissione binaria, chemiosintetici, che possono essere autotrofi ed eterotrofi.
• Funghi - eucarioti, unicellulari o pluricellulari che non si differenziano in tessuti.
• Protisti - forme parassitarie eucariotiche più o meno complesse.
• Metazoi - organismi pluricellulari con funzioni vitali in strutture cellulari organizzate in tessuti e organi. – es l’Enterobius vermicularis - in alcuni c’è anche una differenziazione tra il maschio e la femmina.

Virus

Parassita per eccellenza dalle dimensioni molto piccole – agenti filtrabili.

Sono stati scoperti nel 1953 da foglie di tabacco, prima solo batteri.

Essenzialmente – proteine con acido nucleico.

Essi sono endocellulari obbligati, dipendono totalmente dal loro ospite.

Studio

Lo studio dei batteri è permesso attraverso microscopia a immersione/ elettronica, senza riflessioni della luce.

Batteri – 0.001 mm – autoriproducenti, trattati con antibiotici infettano umani, in diverse forme, con DNA e proteine.

Virus – 0.00001 mm – non organismi viventi, bisogno di ospite, trattati con antivirali – infettano umani, in diverse forme, con DNA e proteine.

Interazione microrganismo-ospite

Patogeni umani sono l’1% del totale.

Franchi, sempre patogeni; opportunisti, patogeni o meno rispetto circostanze; commensali, aiutano ospite (simbiosi).

Altri microrganismi sono invece produttori di tossine – intossicazioni senza dare per forza parassitosi.

Superorganismo

Uomo-microbi – simbiosi – diamo ai microbioti nutrienti che permettono loro la vita e otteniamo sostanze protettive.

Microbioma – patrimonio genetico del microbiota.

Microbiota – insieme dei microrganismi in simbiosi – in tutto corpo a parte SNC e sangue.

Il microbiota si forma a partire dalla nascita, è diverso da persona a persona, dipende dalle abitudini.

Capacità – fare vitamine, stimolare immunità, migliorare funzionamento intestinale, produrre molecole.

Distribuzione

Dipende da condizioni ambientali – es in crasso non ho ossigeno, non potrò avere organismi aerofili (sì non aerofili).

Stomaco – candida, streptococco, helicobact pylori, lactobacillus etc.

Duodeno, digiuno e ileo prossimale – streptococco e lactobacillus.

Ileo distale – clostridium, streptococcus, actinomycinea etc.

Colon – bacterioides, bifidobacterium, enterobacteriacea.

Equilibrio

Le diverse specie si favoriscono ed equilibrano a vicenda – microbiota sano.

Devo avere ricchezza di specie (alpha diversity) ed equità di specie (beta diversity).

Questi due parametri sono valutabili in campioni fecali e sono influenzabili da molti fattori.

• Fattori prenatali – durante la gestazione – placenta stessa ha un suo microbiota che influenza quello del feto.
• Fattori neonatali – dal momento del parto – tipo di parto (cesareo o naturale) ed età gestazionale della madre.
• Fattori postnatali – successivamente alla nascita, più numerosi – es alimentazione del neonato (tipo di allattamento), fattori geografici e familiari (più soggetti a contatto con il bambino, maggiore varietà di specie; bambino poco esposto all’aria aperta microbiota meno vario di un bambino che viene sempre portato fuori casa).

Es latte materno ha bifidobatteri, artificiale ha pure cocchi e batterioidi.

Sviluppo del microbiota – completo tra i 2 e i 5 anni ma poi varia – es in adolescenza per cambi di dieta, in età adulta per gravidanze, per fattori ambientali, per stress, per farmaci, per patologie – rimane però in equilibrio – eubiosi.

Se equilibrio rotto ho disbiosi intestinale – risposta infiammatoria – cattiva digestione, gonfiore, dolori addominali, meteorismo, malassorbimento (sintomi delle intolleranze).

Una dieta occidentale dà spesso disbiosi – cibi raffinati e zuccherati fanno affamare tratti intestinali distali.

Patologie per alterazioni – periodontite cronica, malattia di Chron, diarrea, vaginosi batterica, parto prematuro.

Malattie infettive

Salute fino XIX secolo – assenza della malattia.

OMS, 1948 - Uno stato di completo benessere fisico, mentale e sociale e non la semplice assenza dello stato di malattia o di infermità" – fattori di rischio possono indurre la malattia – outcome diversi.

Determinanti della salute – genetici, comportamentali, ambientali – non modificabili, endogeni, modificabili, esogeni – predisposizione, abitudini, ambiente biologico e sociale.

Ma importanza dei determinanti varia da paese in paese – es per USA accesso alle cure 10% e comportamenti 50%; per EU diversissimo (con molti più fattori).

2 classi di malattie.

Monofattoriali – un determinante necessario e sufficiente – es Amanita Phalloides o Down.

Multifattoriali – cause necessarie ma non sufficienti – es poliovirus o Papilloma virus.

Fattore è di rischio se nesso causa-effetto e criteri di causalità;

• Criterio di Forza: l’associazione statistica tra fattore e malattia deve essere forte.
• Criterio Dose-effetto: maggiore è il dosaggio del fattore, maggiore deve essere il rischio di contrarre la patologia.
• Criterio di Consistenza: l’associazione deve essere evidenziata in più studi diversi.
• Criterio di Specificità: ad uno specifico fattore di rischio deve corrispondere una specifica malattia.
• Criterio di Temporalità: prima deve avvenire l’esposizione al fattore e poi deve svilupparsi la malattia.
• Criterio di Coerenza: nesso causa-effetto deve essere dimostrato come plausibile in modelli biologici in vivo o in vitro.

Infettive – origine microbica, trasmissibili (le non NO).

Protagonisti – agente infettivo e ospite.

Storia – contatto con agente, incubazione, fase prodromica, esordio malattia clinica, morte/guarigione/cronicizzazione.

Alcune definizioni

• Malattia trasmissibile => qualsiasi malattia causata da un agente infettivo/suoi prodotti tossici (= tossine).
• Infezione => penetrazione dell’agente microbico nell’organismo, non implica né sintomi né possibilità di trasmettere. Può dare origine a una manifestazione clinica, quindi sintomi, perché l’infezione ha fatto un danno.
• Malattia infettiva => l’infezione determina la comparsa dei sintomi. Non è detto che tutti gli infetti si ammalino.
• Malattia contagiosa => l’agente infettante viene eliminato all’esterno dal soggetto infetto e può raggiungere un altro soggetto. Non tutte le malattie infettive sono contagiose (es. la rabbia non lo è = uomo non può contagiare altro uomo).

Modalità di comparsa

Assenti.

Sporadiche – occasionale, pochi casi non correlati.

Endemia – numero di casi costante ma può essere bassa o alta in certe zone (es raffreddore tutto l’anno, febbre anche epidemica, picchi).

Epidemia – aumento improvviso nuovi casi.

Pandemia – epidemia in poco tempo a livello mondiale.

I microrganismi non sono quindi unici protagonisti di catena epidemiologica.

Sorgente – uomo o animale – soggetti ammalati (con sintomi e con secreti), portatori (no sintomi ma sì secreti).

Serbatoio – specie o substrato in cui patogeno ha habitat naturale – da qui trasmissione ad ospiti recettivi.

Portatori – sani, precoci (eliminano in preclinica), convalescente, cronico.

Zoonosi – contagio animale-uomo (anche tramite assunzione es di prodotti animali).

Vie di trasmissione

Aerea, oro-fecale, parenterale, sessuale, verticale (placenta), vettori, alimentare.

Contagiosità dipende da modalità di trasmissione.

Caratteristiche del patogeno

Infettività – con carica (n organismi x infezione) e contagiosità.

Patogenicità – capacità di danneggiare ospite – invasività e tossigenicità (capacità d’invadere e di produrre tossine).

Virulenza – grado di patogenicità.

ES vaiolo ha alto tutto, pericoloso; lebbra basso tutto, poco pericolosa.

Patogeni opportunisti – meno difesa, a distretti di solito sterili (SNC e circolatorio es) – infezioni ospedaliere.

Caratteristiche dell’ospite

Forme di resistenza aspecifica – barriere fisiche, azioni meccaniche, fagocitosi.

Resistenza specifica – immunità acquisita (es da vaccini).

Caratteristiche intrinseche – stato immunitario, stile di vita, stato di nutrizione, patologie, farmaci, età.

Caratteristiche dell’ambiente

Fisico – clima.

Sociale – casa, lavoro, socio-economia.

Trasmissibilità

Verticale – madre figlio.

Orizzontale – via diretta o indiretta (ambiente o vettori).

Batteri

Struttura cellula batterica

Struttura è da studiare poiché le differenze cellulari rendono batteri target di terapie mirate (es hanno parete cellulare).

Da 0,5 a 2 micron – rapporto S/V metà di eucariota.

E.coli – 2 ; Cocchi – 1.

Forme

• Cocchi → sferica – Stafilococchi, Streptococchi e Neisseriaceae;
• Bacilli o bastoncelli → cilindrica – Escherichia Coli, Pseudomonas aeruginosa;
• Coccobacilli → forma intermedia tra cocchi e bacilli – Corynebacterium;
• Vibrioni → con forma a virgola – Vibrio cholerae o l’Helicobacter;
• Spirilli → a forma spiraliforme;
• Spirochete → molla;
• Filamentosi → Streptomyces;
• Pleomorfi → forma variabile; sono casi in cui è difficile identificare una forma precisa.

Organizzazione

I batteri si replicano per scissione binaria.

A seconda del piano conformazioni diverse – in generale, in base all’organizzazione si hanno:

X cocchi.

• Diplococchi → lanceola o a chicco di caffè, citati sopra. Sono cocchi a coppia;
• Cocchi a grappolo → come per esempio gli stafilococchi che si dividono su più piani;
• Catene → cocchi che si organizzano a fare catenelle, si dividono su un piano soltanto (Streptococcus Pyogenes);
• Tetradi → cocchi che si organizzano a quattro a quattro;
• Sarcine → cocchi che si organizzano a forma cubica.

X bacilli.

• Catene – streptobacilli.
• Palizzata – Corynebaterium di difterite.

Cellula

Priva di nucleo, Golgi, RE, mitocondri.

Ha componenti necessarie – parete, membrana, ribosomi, inclusioni, nucleoide, matrice, spore.

E componenti accessorie – flagelli, pili, capsula, glicocalice, plasmidi – fitness maggiore.

Ha unico cromosoma, libero.

Ha membrana plasmatica senza steroli.

Membrana plasmatica

Membrana plasmatica.

Doppio strato sottile, ricca di proteine NON glicosilate, selettiva.

Mosaico fluido ma senza colesterolo (solo in micoplasmi).

Funzioni – reazioni E, sintesi lipidi, sintesi costituenti parete esterna, divisione cellulare, regola trasporto (permeabile e con recettori per segnali).

Trasporti passivi – NO E – diffusione semplice o facilitata, gradiente o carrier/canali.

Trasporti attivi – SI E – carrier e traslocazioni di gruppo.

Carrier – captano molecola, la cambiano, lasciano dall’altra parte.

Traslocazione – attivazione chimica per captazione di carrier.

Ho poi regioni specifiche, mesosomi – invaginazioni da forme varie – serve es durante divisione cellulare per attacco DNA e facilitazione della separazione (altri sono mesosomi specializzati, es con citocromi ed enzimi respiratori – respiratori; o con componenti per sintesi parete – biosintetici).

Cromosoma

Singolo DNA a doppio filamento circolare (eccezione es Streptomyces e Borrelia – lineari).

Disperso ma condensato in regione chiamata nucleoide.

A volte con DNA accessorio, plasmidi – DNA extracromosomico libero, non essenziale (ma funzionali es a fattori di virulenza), ereditario – in singola, in coppia, più diversi.

Ribosoma

Non ho RER, ribosomi in citosol.

60% RNA, 40% proteine.

Con coefficiente di sedimentazione diverso da eucariota (differenza che li rende target di antimicrobici e antibiotici).

70S (vs 80S euc) – 50S e 30S (vs 60S e 40S euc).

Anche rRNA diversi – 23S, 5S e 16S nei procarioti mentre 5S, 28S e 18S negli eucarioti – usato per differenziare batteri in vitro – studi coltura-dipendenti.

Inclusioni e granuli

Strutture accessorie per riserva E.

Con glicogeno, β-idrossibutirrato, gas (es per galleggiamento cianobatteri), metalli (es Corynebacterium diphtheriae, con zolfo e fosfato), magnetotassi (per orientamento).

Parete cellulare

Parete cellulare.

Determina virulenza grazie strutture.

Determina forma grazie rigidità.

Nei microbatteri, bacilli acido-alcool resistenti trovo parete diversa.

In tutti i batteri è presente, tranne che nei micoplasmi e archea.

Permette poi di dividere batteri in gram- e gram+ – con colorazione gram.

Colorazione – fissazione con calore, colorante cristal violetto, mordente fissante, decolorazione con alcol etere.

Con decolorazione gram- si decolorano, gram+ no (parete spessa protegge) – coloro con rosso/fucsia per gram-.

Entrambi i gram hanno parete ma i + con peptidoglicano e basta (70%), - con membrana esterna (doppio fosfolipidico).

Fuori da peptidoglicano – glicoproteine, acidi teicoici e lipotecoici (catene per legare peptidoglicani a membrana).

Su membrana esterna – LPS x tossine, lipoproteine per ponte con plasmatica, porine di comunicazione (tra membrana e peptidoglicani spazio periplasmatico ampio, x trasporto).

Peptidoglicano

Peptidoglicano.

N-acetilglucosammina (NAG) e acido N-acetilmuramico (NAM) alternativamente ripetute – legami β(1,4) glicosidici.

Catene si uniscono in tetrapeptidi, che legano NAM.

Sequenze specifiche per specie, ma anche tra gram + e – – gram+ ha in 3 un amminoacido bibasico che è la L-lisina, mentre nei gram- ha l’acido meso-diamonopimelico – legami crociati fondamentali.

Nei gram- il legame è diretto tra la D-alanina e l’acido meso-diamonopimelico, mentre nei gram+ è indiretto mediante un ponte di pentaglicina.

Inoltre possono cambiare numero di legami – Nei gram+ tutti i residui tetrapeptidici legati ai NAM (acido muramico) si legano tramite il ponte pentaglicinico, mentre nei gram- i legami sono meno frequenti – rigidità diversa (- sono lassi).

Funzioni parete

Parete è indispensabile a livello strutturale, replicativo, per sopravvivenza della cellula.

Conferisce rigidità e integrità alla cellula, ne determina forma e contribuisce alla patogenicità batterica (X gram- alcune strutture, per i gram+ altre, ma per entrambi sono tutte a carico della parete).

Ma parete è anche tallone di Achille – sensibile a lisozima, molecola presente in tutti i fluidi, target di antibiotici (es penicilline), riconoscibile dal nostro sistema immunitario e pirogena (cambia T, rende più difficile replicazione).

Enzima che permette costituzione dei tetrapeptidi sono le transpeptidasi – penicillin binding protein – bersaglio delle penicilline e di tutti i farmaci beta lattamici (inibitori, per batteri in fase replicativa).

Parete Gram+

Gram+ ha spesso strato di peptidoglicano, dal 40% all’80% del peso secco della cellula.

Nello strato di peptidoglicano ho acidi teicoici e gli acidi lipoteicoici.

Acidi teicoici – polimeri di polifosfati solubili, legati covalentemente al peptidoglicano, a dare carica netta di superficie. (carica importante perché in alcuni casi è il primo evento che media l’adesione batterica alle superfici).

A seconda della carica della parete cellulare batterica e delle superfici del nostro organismo, ho o adesione migliore, per forze di attrazione che si vengono a creare, o forze deboli, es van der Waals, con adesione difficile.

Acidi teicoici sono immunogeni, vengono riconosciuti dal sistema immunitario, dai TLR.

Acidi lipoteicoici – strutturalmente uguali agli acidi teicoici con l’aggiunta di un acido grasso – ancorati attraverso l’acido grasso al bilayer alla membrana citoplasmatica e possono avere un’attività tossica diretta.

Le funzioni di questi acidi sono – divisione cellulare, controllo autolisi, controllo proprietà chimico-fisiche, fanno da recettori per fagi, mediano interazione con ospite (TLR), controllano sensibilità e resistenza ad antimicrobici.

Parete gram-

Strato di peptidoglicano, fino al 5% del peso secco contro il 40%-80% dei gram+.

Non sono presenti acidi teicoici e lipoteicoici, ma c’è una membrana esterna e lo spazio periplasmico.

Nella membrana esterna sono presenti numerosi sistemi di trasporto fondamentali.

La membrana esterna è un doppio strato fosfolipidico, non simmetrico, legato al peptidoglicano mediante lipoproteine.

Il foglietto esterno è costituito dal lipopoli