Microbiologia 3

Esotossine che interferiscono con le funzioni della cellula ospite

Inibizione della sintesi proteica cellulare

• Tossina difterica
• Tossina di Shiga
• Tossine Shiga-like
• Tossina A

Meccanismo d’azione della tossina difterica

1. Legame della tossina al recettore mediante il sito B; clivaggio da proteasi.
2. Internalizzazione tox per endocitosi.
3. Dopo acidificazione dell’endosoma, la regione di traslocazione si inserisce nella membrana endosomiale.
4. La regione catalitica passa nel citosol dove provoca ADP-ribosilazione di EF-2, inattivando.

• La morte cellulare è causata da un blocco della sintesi proteica secondario alla ADP-ribosilazione di EF-2, fattore necessario per la traslocazione dal sito A al sito P della catena nascente.
• Bersaglio della tossina sono le cellule cardiache, nervose e renali.
• La porzione D del vaccino DTP contiene il tossoide difterico per stimolare la sintesi di Abs “neutralizzanti”, ossia diretti verso il componente B della tossina.

Difterite

Incubazione: 2-8 giorni.

• La difterite è una malattia tossi-infettiva acuta e contagiosa causata dal batterio Gram -, anaerobio facoltativo.
• Batteri a forma di clava disposti a ideogrammi cinesi.
• La tossicità osservata in questi batteri è direttamente attribuita alla esotossina secreta dai batteri nel focolaio di infezione.

La tossina agisce:

• Localmente, dando una reazione infiammatoria con essudato compatto e biancastro che copre le prime vie respiratorie.
• A distanza, provocando lesioni degenerative in vari organi e tessuti.
• Inoltre il microrganismo colonizza la pelle e riesce ad entrare nel tessuto sottocutaneo attraverso lesioni.

Modalità di trasmissione: è trasmessa per contatto diretto con una persona infetta o più raramente con oggetti contaminati da secrezioni delle lesioni di un paziente.

Gli individui che sviluppano la malattia vanno immediatamente trattati con l’antitossina e antibiotici.

La strategia più efficace è la vaccinazione disponibile fin dal 1920.

Tossina di Shiga e Shiga-like

• Sono un gruppo di tossine, strutturalmente e funzionalmente correlate.
• Stx è espressa in Shigella dysenteriae sierotipo 1.
• Stx e Stx 2 sono prodotte da alcuni sierotipi di E coli.
• Codificate da diversi batteriofagi.
• Espresse durante il ciclo litico e secrete per lisi batterica.
• Repressione da alte concentrazioni di Fe.

La tossina ha una struttura AB5.

I 5 frammenti B sono identici fra loro.

Il recettore è il GB3 situato sulla superficie delle cellule dell’epitelio intestinale, endoteliale e renale.

• Il frammento A una volta internalizzato si divide e il frammento a1 taglia una adenina dal 28S rRNA.
• In questo modo impedisce il legame dell'amminoacil-tRNA al sito A del ribosoma causando il blocco della sintesi proteica.

Shigellosi

La shigellosi o dissenteria bacillare è un’enterite caratterizzata da crampi addominali, diarrea, febbre e feci emorragiche.

L’infezione da S. dysenteriae e dai ceppi EHEC causa inizialmente una diarrea e spesso progredisce in dissenteria.

Trasmissione oro-fecale ma anche per contatto diretto da persona a persona.

Incubazione 1-3 gg.

• Sierogruppo A: dysenteriae - 12 sierotipi.
• Sierogruppo B: S. flexneri - 6 sierotipi.
• Sierogruppo C: S. boydii - 23 sierotipi.
• Sierogruppo D: S. sonnei - 1 sierotipo.

La loro azione patogena è dovuta alla spiccata invasività nei confronti dell’epitelio intestinale dell’ileo e del colon e alla produzione di tossina da parte di S. dysenteriae.

Esotossine: meccanismo d’azione

Tossine ADP ribosilanti che agiscono alterando il contenuto intracellulare di AMP-ciclico.

• Tossina pertossica
• Tossina colerica
• Tossina termolabile

Tossina colerica

• Prodotta da Vibrio cholerae.
• Struttura A2-B5.
• Il componente A, formato da 5 frazioni, lega ganglioside GM1 presente sulle cellule epiteliali dell'intestino tenue.

Aumenta la concentrazione di AMPc, causando:

• Liberazione di ioni di sodio, potassio, carboidrati.
• Perdita di liquidi, diarrea e grave disidratazione.

Batterio poco invasivo, patogenicità legata alla tossina.

L’aumentata concentrazione di cAMP attiva una proteina chinasi che fosforila le proteine transmembrana per il trasporto di cloro causando uno squilibrio elettrolitico.

Tossine ADP ribosilanti che agiscono alterando il contenuto intracellulare di AMP-ciclico

• Tossina pertossica.
• Tossina colerica: prodotta dal Vibrio cholerae, il componente A, formato da due frazioni, è dotato di attività ADP-ribosilante. Il componente B,
• Tossina termolabile LT.

Colera

• Malattia infettiva, acuta, contagiosa, causata dal Vibrione Colerico, a patogenesi tossinica, caratterizzata da diarrea profusa, con feci acoliche simili “acqua di riso”, vomito, disidratazione, shock ipovolemico, anuria, acidosi metabolica.
• Famiglia delle Vibrionaceae.
• Genere Vibrio.
• Biotipo classico: sierogruppo O1 e El Tor: sierotipo OGAWA, sierotipo INABA, sierotipo HIKOJIMA.

Clinica

• Incubazione: 1-5 gg.
• Inizio brusco; non febbre.
• Diarrea improvvisa, senza dolori addominali, senza tenesmo, subito numerose scariche.
• Feci: piccole quantità.
• Vomito: prima alimentare, poi come feci.

Patogenesi

• Perdita di H20 ed elettroliti.

Esotossine: meccanismo d’azione

Tossine ADP ribosilanti che agiscono alterando il contenuto intracellulare di AMP-ciclico.

• Tossina pertossica (Bordetella pertussis)

La struttura della tossina della pertosse è di tipo A-B ed è costituita da una subunità tossica S1 e 5 subunità di legame.

S1 costituisce la subunità A e possiede attività enzimatica ADP-ribosilante.

B. pertussis si localizza alla superficie dell’epitelio ciliato della trachea e dei bronchi e produce diversi prodotti tossici fra cui la tossina della pertosse che è la principale causa dell’azione patogena.

Tossine ADP ribosilanti che agiscono alterando il contenuto intracellulare di AMP-ciclico (tossina della pertosse, tossina colerica).

La tossina pertossica ha attività ADP-ribosilante sulla proteina G che blocca l’attività dell’adenilato ciclasi, che ora è libera di convertire l’ATP in cAMP.

Tossina pertossica: effetti biologici

• A seconda del tipo cellulare interessato, l’aumento intracellulare di AMP c può causare:
• Nell’epitelio respiratorio, l’aumento delle secrezioni respiratorie e della produzione di muco, caratteristiche dello stato pertossico della pertosse.
• Nei fagociti, riduzione della fagocitosi a causa dell’inibizione della chemiotassi e della diminuita funzione di fagocitosi.
• Nel sangue, un’aumentata sensibilità all’istamina e conseguente aumento della permeabilità capillare, ipotensione e shock.
• Nelle cellule nervose, può causare encefalopatia.

Bordetella pertussis

Pertosse: eziologia

Bordetella pertussis. Altre: B. parapertussis e B. bronchiseptica. Coccobacillo Gram negativo, asporigeno, immobile, aerobio, produce diverse tossine ed ha struttura antigenica complessa:

• Tossina pertossica.
• Emoagglutinina filamentosa costituente della parete, consente l’adesione all’epitelio ciliato respiratorio.
• Endotossina (LPS).

Pertosse: quadro clinico

Incubazione 12-14 giorni.

Periodo catarrale 1-4 settimane.

Periodo parossistico o accessuale 3-4 settimane.

Gli attacchi di tosse possono raggiungere i 40 al giorno e sono caratterizzati da tosse inspirazione seguita da profonda inspirazione forzata, sibilante con emissione di muco denso e filante.

La malattia non è in genere accompagnata da una sintomatologia generale, ma può assumere carattere particolarmente grave nei bambini con meno di un anno: letalità fino al 70% per complicanze broncopolmonari neurologiche.

Fonte d’infezione.

Portatore precoce e malato con massima contagiosità nel periodo di incubazione e catarrale.

Via di trasmissione aerea diretta.

Distribuzione di luogo e tempo.

Endemica-epidemica in tutto il mondo con epidemie ogni 3-5 anni.

Le stagioni prevalenti sono quelle primaverili e invernali.

Esotossine che interferiscono con le funzioni della cellula ospite

Alterazione del contenuto intracellulare di AMP-ciclico

• Fattore I: è una adenilato ciclasi batterica che provoca aumento di AMPc intracellulare.
• Fattore II: componente B della tossina.
• Fattore III: metalloproteasi.

Tossina carbonchiosa

• Bacillus anthracis produce 3 tossine:
  • Antigene protettivo.
  • Fattore edematogeno.
  • Fattore letale.
• PA: funge da componente B, legandosi ai recettori e viene clivato da una proteasi, scoprendo un sito di legame per LF e/o EF.
• EF è un adenilato-ciclasi che potenzia la sintesi di AMPc nella cellula ospite, influenzando la fagocitosi ed inibendo la produzione di TNF e IL-6 da parte dei monociti. Ciò è responsabile dell’alterazione delle difese dell’ospite e causa un forte edema (accumulo di liquidi negli spazi intercellulari), caratteristico dell’antrace.
• LF è una proteasi che inibisce la chinasi-chinasi attivata da stimoli mitogeni.
• A bassi livelli, LF inibisce il rilascio di citochine pro-infiammatorie IL-1, NO. Questo può inizialmente ridurre la risposta immune nei confronti del microrganismo e della tossina da esso prodotta.
• Ad alti livelli, invece, LF è citolitico per i macrofagi, causando il rilascio di IL-1, NO. L’eccessivo rilascio di queste citochine può portare ad una massiva risposta infiammatoria ed alla cascata dello shock, simile allo shock settico.

Bacillus anthracis

Detto anche Carbonchio, malattia tipica di erbivori, può essere trasmesso all’uomo per contatto, o mediante polvere contaminata.

Epidemiologia e sindromi cliniche

• Il carbonchio è una malattia degli erbivori. L’uomo si infetta per contagio con animali infetti o per contatto con prodotti animali contaminati.
• Ci sono tre vie di infezione: inoculazione, inalazione o ingestione. Circa il 95% delle infezioni risulta dall’inoculazione di spore attraverso la cute.
• L’antrace contratto per via inalatoria è anche detto malattia dei “cardatori di lana” ed è causato dall’inalazione di spore durante la lavorazione delle pellicce di capra.

Diverse forme di malattia.

A. cutaneo, dove penetrano le spore, si forma una papula che evolve ad ulcera e necrotizza, si sviluppano segni sistemici, edema massivo, grave setticemia.

A. polmonare. Spore inalate causano malattia respiratoria e poi linfoadenite emorragica, con mortalità molto alta%.

A. intestinale per ingestione di spore si sviluppa una grave malattia GI, estremamente mortale.

Sindromi cliniche

Esistono 3 sindromi cliniche: a seconda della via di infezione:

• Il carbonchio cutaneo in genere inizia con lo sviluppo di una papula dolente nel sito di inoculazione che progredisce rapidamente in un’ulcera circondata da vescicole.
• Il carbonchio gastrointestinale. Se i microrganismi invadono il tratto superiore dell’intestino le ulcere si formano nella bocca o nell’esofago causando edemi e sepsi.
• Il carbonchio polmonare da inalazione, i macrofagi alveolari ingeriscono le spore inalate e le trasportano al mediastino dove i batteri possono rimanere latenti. I sintomi clinici sono febbre, tosse, vomito, edema con aumento del volume dei linfonodi e del mediastino. Quasi tutti i casi degenerano in shock e morte entro 3 giorni dai sintomi iniziali.

Diagnosi e terapia

• B. anthracis può essere facilmente identificato mediante esame microscopico: le colonie sono non emolitiche, a rapida crescita e strettamente aderenti all’agar.
• Nel trattamento la ciprofloxacina è il farmaco di elezione. La penicillina, la doxiciclina possono essere usati, ma i batteri sono resistenti ai sulfonamidi e alle cefalosporine a spettro esteso.
• Il controllo della malattia nell’uomo richiede il controllo della malattia negli animali cosa che comporta la vaccinazione degli animali che pascolano in regioni endemiche.
• La vaccinazione è anche usata per:
  1. Proteggere persone che vivono in zone di malattia endemiche.
  2. Persone che lavorano con prodotti di animali importati da paesi con antrace endemico.
  3. Da personale militare.
• L’uso indiscriminato del vaccino in persone civili è improbabile poiché i vaccini sono limitati e il rischio di infezione è basso.

Clostridi

Famiglia Bacillaceae

• Sono bacilli anaerobi, Gram +, sporigeni, immobili.
• Il loro habitat naturale è lo strato superficiale del suolo, oltre all’intestino di animali e uomo.
• La patogenicità di questi microrganismi dipende dalla liberazione di potenti esotossine o enzimi altamente distruttivi.

La tossina botulinica

La tossina botulinica è uno dei più potenti veleni naturali esistenti al mondo, basti pensare che 75 ng di tossina pura sono in grado di uccidere un essere umano, mentre 450 grammi sarebbero più che sufficienti a sterminare ogni essere umano vivente sul pianeta.

È una neurotossina prodotta da Clostridium botulinum.

Il C. botulinum è presente nel suolo, nelle acque costiere e nei laghi e talvolta nelle feci degli animali.

Sierotipi della tossina

• Esistono 7 sierotipi di tossina denominati BoNT/A → G. Causano una patologia detta botulismo.
• I tipi A, B ed E risultano più frequentemente associati con la malattia umana.

I tipi A e B sono stati associati con una varietà di alimenti; il tipo E prevalentemente con prodotti ittici.

Il tipo C provoca botulismo aviario, e il tipo D botulismo nei mammiferi.

Il sierotipo G non è associato a patologie nell’uomo.

• Esiste anche una particolare distribuzione geografica dei sierotipi: il tipo A è quello più diffuso negli USA, mentre il tipo B è maggiormente diffuso in Europa.

La tossina è prodotta come una singola catena polipeptidica di 150 kDA.

Un successivo taglio proteolitico da parte di una proteasi rilascia la forma attiva della tossina costituita da una catena pesante di 100 kDa e una catena leggera di 50 kDa unite da ponti disolfuro.

La catena pesante lega in maniera specifica la superficie di cellule target e permette l’internalizzazione della tossina; la catena leggera è responsabile dell’azione tossica vera e propria della tossina.

Meccanismo d’azione

La tossina una volta nell’organismo non è inattivata da acidità gastrica o enzimi di stomaco.

Nel lume dell’intestino si lega alla superficie apicale delle cellule epiteliali e mediante un processo di endocitosi e transcitosi è trasportata e rilasciata dalla superficie basolaterale delle cellule stesse.

Questo permette alla tossina di raggiungere la circolazione generale e le cellule target.

↓ Neuroni colinergici presinaptici nelle giunzioni neuromuscolari.

Giunzione neuromuscolare normale.

↓ In seguito a stimolazione da parte dei nervi periferici e cranici l’acetilcolina viene rilasciata da vescicole a livello delle terminazioni neuronali della placca motrice e si lega ai recettori del muscolo inducendo la contrazione.

Azione della tossina botulinica → la tossina botulinica agisce a livello della placca motoria prevenendo il rilascio di acetilcolina dalle vescicole presinaptiche con conseguente assenza di stimolo della fibra muscolare che determina rilassamento del muscolo e paralisi flaccida.

Botulismo alimentare

Gravissima intossicazione causata dall’ingestione di tossina preformata presente in alimenti contaminati. I cibi più facilmente contaminati sono vivande conservate artigianalmente, soprattutto verdure, condimenti e pesce conservato.

Botulismo infantile

È la forma più comune negli USA e riguarda quasi esclusivamente bambini sotto l’anno di età. I bambini ingeriscono spore che poi crescono e producono la tossina in vivo nell’intestino, grazie alla non completa maturità del tratto gastrointestinale. Il veicolo più frequentemente coinvolto sembra essere il miele contaminato da spore di C. botulinum.

Botulismo da ferita

È causato dalla contaminazione di ferite da parte di C. botulinum e produzione di tossina botulinica in vivo quando le lesioni sono imbrattate da terriccio e/o tessuto necrotico.

Manifestazioni cliniche

• I sintomi neurologici dell’intossicazione compaiono in genere dopo 12-36 ore dall’ingestione, ma possono arrivare ad 8 giorni. In generale più i sintomi compaiono precocemente più la malattia è grave.
• Il botulismo si identifica per la presenza di una triade sintomatologica costituita da:
  1. Paralisi flaccida ad evoluzione cranio-caudale.
  2. Assenza di ipertermia.
  3. Sensorio integro.

I primi sintomi sono: debolezza, vertigini, spiccata secchezza di bocca e faringe. In seguito si manifestano sintomi neurologici tra cui annebbiamento vista, dilatazione pupilla, debolezza a carico di muscoli scheletrici e paralisi.

Diagnosi di botulismo

• La diagnosi si effettua prevalentemente sulla base dei sintomi clinici ed è confermata da test che rilevano la presenza della neurotossina: Mouse inoculation test: si utilizzano topi trattati con antitossina specifica per un determinato sierotipo e topi di controllo non trattati.

Trattamento dell’intossicazione

• Il trattamento farmacologico prevede la somministrazione di lassativi per eliminare la tossina non ancora assorbita e di un’antitossina trivalente specifica per i sierotipi A, B ed E in un’unica dose.
• L’antitossina si lega ai recettori dell’Ach e non permette l’ulteriore azione tossica della tossina. Quest’azione non è retroattiva, i recettori della tossina già occupati non sono coinvolti, così che la capacità di guarigione dipende dalla rigenerazione delle terminazioni sinaptiche colpite.
• Si posson