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 micobioti 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 (si 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 equilibriano 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

● Fa ori prenatali – durante la gestazione – placenta stessa ha un suo microbiota che influenza quello del feto.

● Fa ori neonatali – dal momento del parto – tipo di parto (cesareo o naturale) ed età gestazionale della madre.

● Fa ori 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 da 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 modificamili, 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 si 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 tossie)

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 qua ro a qua ro;

- 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

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 durate 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 colutura-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

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 pareta 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 comunicazionr

(tra membrana e peptidoglicani spazio periplasmatico ampio, x trasporto)

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 ache 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