Microbiologia

MICROBIOLOGIA E MICROBIOLOGIA CLINICA

La microbiologia indica lo studio dei microrganismi(o microbi), ossia qualsiasi organismo vivente non

visibile ad occhio nudo perché hanno dimensioni al di sotto di 0,1 mm(potere di risoluzione dell’occhio

umano). Essi sono presenti ovunque e l’unica possibilità di osservarli è l’utilizzo del microscopio.

La microbiologia studia i microrganismi ed è definita “clinica” perché nell’uomo i microrganismi sono causa

di malattia e, quindi, i professionisti sanitari devono sapere quali sono i microrganismi associati per ogni

tipo di patologia(malattia infettiva). Per esempio la meningite(infiammazione delle meningi) è una

patologia acuta seria e se non si interviene prontamente con una terapia antibiotica mirata il soggetto

rischia la vita. Esistono diversi tipi di microrganismi, come virus, batteri, miceti, parassiti, e la meningite può

essere causata sia dai virus sia dai batteri e se è batterica i batteri responsabili sono due, ossia lo

streptococcus pneumoniae e la neisseria meningitis(streptococco e meningococco).

Quindi, la microbiologia clinica ha il compito di diagnosticare una malattia infettiva, cioè stabilire quali sono

gli agenti eziologici(microrganismi responsabili).

Tali microrganismi normalmente sono presenti nel nostro organismo, per esempio la cute e tutte le

superfici mucose dell’organismo sono colonizzate da microrganismi, perciò tutte le superfici del nostro

organismo a contatto con l’esterno presentano microrganismi, principalmente batteri(microbiota

intestinale), i quali svolgono un ruolo importante nel proteggere il nostro organismo dai batteri che invece

causano la malattia. Essi, inoltre, sono ampiamente diffusi nell’ambiente(es. aria, acqua, suolo…).

I microrganismi possono provocare un processo infettivo in diverse aree del nostro organismo, per esempio

a livello del cavo orale ci sono due patologie, ossia la carie e la malattia parodontale, ossia due malattie

infettive perché causate da microrganismi, in particolare da batteri.

Queste due malattie causano entrambe la perdita dell’elemento dentario. Nella carie è il dente che viene

distrutto, invece nella malattia parodontale viene distrutto il parodonto, ossia il tessuto di sostegno del

dente.

Esistono diversi tipi di microrganismi che vengono classificati in base a due caratteristiche, ossia le

dimensioni e l’organizzazione cellulare. Essi sono classificati in 4 diversi gruppi, ossia:

• I funghi e protozoi, che hanno una struttura cellulare di tipo eucariotico, per cui sono organismi

eucarioti.

• I batteri, che sono organismi procarioti.

• I virus, che non sono veri e propri organismi(parassiti intracellulari obbligati), in quanto non sono in

grado di replicarsi autonomamente, per cui per la loro crescita necessitano di parassitare un’altra

cellula, che può essere una cellula eucariotica ma anche procariotica.

Dobbiamo comprendere come i microrganismi causano malattia, dobbiamo riconoscere i microrganismi

che causano quella determinata malattia e in che modo agiscono, come curare la malattia e come

prevenire la malattia. Per farlo è necessario conoscere la struttura dei microrganismi.

Per esempio, per quanto riguarda la carie, dobbiamo conoscere in che modo i microrganismi responsabili

agiscono; essi inizialmente distruggono lo smalto, successivamente la dentina, fino ad arrivare alla polpa. La

carie diventa sintomatica quando i batteri raggiungono la polpa, la quale è innervata; per cui si ha la pulpite

e se il processo non viene bloccato si ha la formazione dell’ascesso dentario.

Batteri

I batteri hanno una struttura di tipo procariotica, perciò hanno una organizzazione cellulare molto più

semplice rispetto a quella della cellula eucariotica in quanto non presentano una serie di compartimenti

intracellulari separati da membrana.

Nei batteri non sono presenti il nucleo, i mitocondri e neanche l’apparato del Golgi, mentre il filamento di

DNA è immerso nel citoplasma(nucleoide), insieme anche ai ribosomi. Nei batteri la respirazione cellulare si

realizza a livello della membrana citoplasmatica, che svolge la funzione al posto dei mitocondri.

In più, la cellula batterica possiede una struttura che non è presente nella cellula eucariotica e che prende il

nome di parete cellulare, un involucro presente all’esterno della membrana citoplasmatica.

Queste tre(parete cellulare, membrana citoplasmatica e citoplasma) rappresentano le strutture primarie

della cellula batterica, chiamate in questo modo perché presenti in tutti i batteri in quanto essenziali per la

loro sopravvivenza. Tuttavia, la mancanza di una di queste strutture determina la morte cellulare, ma ci

sono sempre delle eccezioni.

Ci sono anche delle strutture secondarie o accessorie, le quali non si trovano in tutte le specie batteriche e

quelle che possiedono uno o più di questi fattori acquisiscono patogenicitá, ossia la capacità di creare

danno nell’ospite. Un batterio patogeno equivale a un batterio virulento, per cui un batterio è patogeno(in

grado di causare malattia) perché possiede fattori di virulenza, attraverso i quali acquisisce la capacità di

diventare patogeno. Queste strutture secondarie(plasmidi, capsula, fimbrie o pili e flagelli) rappresentano i

fattori di virulenza.

La capsula è un ulteriore involucro che alcuni batteri possiedono esternamente alla parete cellulare. I pili(o

fimbrie) e flagelli sono strutture filamentose presenti sulla superficie. I plasmidi sono molecole accessorie

di DNA.

Parete cellulare

La parete cellulare è una struttura peculiare della cellula batterica e solo i batteri la possiedono. Essa è un

involucro rigido(ecco perché è paragonato ad un esoscheletro) presente all’esterno della membrana

citoplasmatica e tra le varie funzioni una è quella di determinare la forma del batterio(ci sono batteri che

hanno forma sferica, a spirale…).

La parete cellulare è costituita principalmente da peptidoglicano, ossia un polimero formato da una parte

di natura saccaridica e una parte proteica; la parte saccaridica è formata da due diversi zuccheri, ovvero N-

Acetil glucosammina e N-Acetil muramico(al quale è legata una corta catena peptidica). Quindi, i monomeri

di peptidoglicano si uniscono tra di loro mediante un legame glicosidico, il quale può essere rotto mediante

un enzima, ossia il lisozima, il quale si trova nei liquidi biologici(nella saliva). Se vado a distruggere la

molecola di peptidoglicano distruggo anche la parete cellulare, in assenza della quale il batterio muore.

Quindi, il lisozima ha attività antibatterica, cioè determina la morte batterica e, di conseguenza, anche la

saliva(che contiene lisozima) svolge questa azione.

Legandosi tra di loro, si creano delle catene lineari, le quali sono legate trasversalmente tra di loro tramite

la porzione peptidica; quindi, poiché il legame avviene tra proteine, si tratta di un legame peptidico

catalizzato da alcuni enzimi chiamati trans-peptidasi(o Penicillin Binding Proteins, chiamati anche così

perché rappresentano il bersaglio degli antibiotici betalattamici).

Gli antibiotici hanno la funzione di uccidere i batteri, ma in che modo? Ci sono diversi tipi di antibiotici,

come ad esempio i betalattamici. Tali antibiotici rappresentano un gruppo di antibiotici all’interno del

quale ci sono diverse sottoclassi, ossia le penicilline(es. Augmentin) e le cefalosporine.

Un esempio è l’agumentin, un antibiotico betalattamico, il quale per uccidere i batteri è in grado di legarsi

agli enzimi trans-peptidasi, andando ad impedire la formazione del legame trasversale, cioè tale antibiotico

blocca la formazione del peptidoglicano(che porta alla morte del batterio).

Resistenza agli antibiotici—> I batteri sono in grado di modificare i geni che codificano per le Penicillin

Binding Proteins, per cui il batterio produce delle PBP modificate a cui gli antibiotici betalattamici non

riescono più a legarsi.

Tuttavia, i batteri non si limitano a utilizzare un solo meccanismo per diventare resistenti ad una

determinata classe di antibiotici, in quanto un altro meccanismo consiste nell’acquisire la capacità di

produrre enzimi che sono in grado di inattivare gli antibiotici betalattamici(nel caso di questi antibiotici

questi enzimi prendono il nome di betalattamasi). Nel caso della produzione di questi enzimi, entrano in

ballo i plasmidi, ovvero quelle molecole accessorie di DNA.

Gram positivi e gram negativi

I batteri si distinguono in due gruppi, ossia gram positivi e gram negativi, e tale distinzione è legata ad una

diversa struttura della parete cellulare, mentre Gram è il nome del microbiologo che per primo capì,

attraverso la colorazione dei gram, che non tutti i batteri hanno la stessa struttura della parete cellulare.

Nei gram positivi ci sono gli acidi lipotecoici, ossia delle strutture filamentose che attraversano il

peptidoglicano e si proiettano all’esterno. Si tratta di strutture che i batteri gram positivi utilizzano per

aderire alle cellule dell’ospite. Inoltre, ci sono anche le proteine, le quali hanno una funzione importante

perché fungono da antigeni(che vengono riconosciuti come estranei dal nostro organismo, che attiva una

risposta immunitaria). Quindi, noi riconosciamo l’ingresso di un batterio gram positivo tramite queste

proteine presenti nella parete cellulare.

In questi batteri gran parte della parete cellulare è costituita da peptidoglicano(80%), mentre il restante

20% è costituito da proteine e acidi lipocoteici(adesine).

Nei gram negativi, il peptidoglicano rappresenta il 20% della parete cellulare e in più è presente una

membrana esterna. Tra il peptidoglicano e la membrana esterna(i quali sono legati mediante lipoproteine)

c’è uno spazio, chiamato spazio periplasmico, in cui sono presenti enzimi degradativi.

Nella membrana esterna sono presenti le porine, ossia dei canali che permettono l’ingresso delle sostanze

all’interno della cellula. La membrana esterna ha una composizione simile a quella della membrana

citoplasmatica, ma è più permeabile grazie alla presenza delle porine. Tale membrana può fungere da

barriera per l’ingresso di alcuni antibiotici; un esempio è la vancomicina che, come gli antibiotici

betalattamici(ma con un meccanismo diverso), permette di impedire la formazione dei legami trasversali,

ma è un antibiotico attivo solo sui batteri gram positivi, perché nei negativi la vancomicina non riesce a

passare attraverso le porine e non riesce a raggiungere il peptidoglicano. La vancomicina, quindi, può

essere utilizzata solo per trattare le infezioni dovute a batteri gram positivi.

Poi abbiamo anche il lipopolisaccaride(LPS). Il LPS è chiamato anche endotossina perché è una sosta