Microbiologia per infermieristica

Microbiologia

Il ruolo dell’infermiere si interfaccia con la microbiologia:

• Presa in carico del paziente
• Management delle patologie infettive

Momenti peculiari:

• Focus: esecuzione del prelievo – somministrazione della terapia – procedure
• Focus: infezioni nosocomiali e opportunistiche – prevenzione ABR
• Focus: rischio occupazionale.

I principali agenti infettivi sono 5:

• Prioni a
• Virus
• Batteri ar
• Funghi
• Parassiti i

Prioni Ch

Scoperti da Prusiner, nel 1982, erano sostenuti da isoforme patologiche di proteine normalmente presenti nel cervello. Non sono causate da agenti esterni, ma da proteine che mutano in forma patologica, cambiando la loro conformazione.

Malattia dovuta al gene della proteina prnp sul braccio corto del chr20, mentre la proteina dic “normale”, non modificata, è la proteina PrP, presente sulla membrana delle cellule nervose, che ha un ruolo nella trasmissione sinaptica/protezione da stress ossidativo.

Questo processo di conversione a catena porta all'accumulo di prioni nel tessuto cerebrale, causando danni e la caratteristica "spongiosità" del cervello osservata nelle encefalopatie. È infatti cruciale perti la patogenesi delle TSE.

C ISOFORME DEI PRIONI: la forma PrP (prione proteico cellulare) è la forma normale deln prione, avente struttura secondaria α-elica, è proteasi sensibile (sensibile agli enzimi che, agevola gli scambi ionici e modula la funzione di numerose proteine di degradano le proteine) pu membrana del cervello.

Quando passa a conformazione -laminare (struttura ricca di SC foglietti beta), assume forma anomala PrP (prione proteico scrapie), questa differenza strutturale è cruciale per la sua capacità di causare malattie, per cui da da sensibile diventa proteasi-resistente, da idrofila diventa idrofoba, forma aggregati fibrillari (accumuli di proteine) ap ed è priva di acidi nucleici.

La forma anomala è “contagiosa”, per cui se c’è una sola proteina mutata, fa cambiare conformazione anche alle altre proteine normali, trasformandole in SC C SC proteine anomale → PrP + PrP = 2 PrP.

Tutto ciò comporta che, essendo le proteine più resistenti all’azione enzimatica, si verifica un accumulo nelle cellule, per cui il tessuto da normale si trasforma in tessuto patologico, che ha una serie di vacuoli (punti bianchi) che comportano un’alterazione funzionale e morte cellulare. Questa vacuolizzazione fa assumere al tessuto nervoso un aspetto spongiforme.

Possono causare malattie genetiche trasmissibili mediante proteine mutate che sono le encefalopatie familiari come la malattia C-J (Malattia di Creutzfeldt-Jakob) o possono essere contratte per ingestione di cibi contaminati, in questo caso si parla di encefalopatie trasmissibili come il morbo della mucca pazza, o ancora per trasmissione iatrogena (ferri chirurgici non decontaminati). 1

Virus

Dominano il mondo animale, vegetale e umano. Vengono definiti agenti filtrabili (in quanto la prima scoperta è avvenuta attraverso un filtro). Hanno una grandezza che si aggira attorno a 18-300 nm. Sono parassiti endocellulari obbligati.

Loro sfruttano il macchinario cellulare per riprodursi, quindi né per riproduzione sessuata e asessuata; non si replicano per “divisione”.

Presentano un involucro e un genoma. Il loro genoma è variabile e variegato: possono essere sia a DNA, che a RNA; a doppio filamento dsDNA (double-stranded); a singolo filamento ssDNA (single-stranded); dsRNA; ssRNA+/-; RNA segmentato.

Per sopravvivere devono essere infettivi e devono utilizzare tutti i processi cellulari per produrre i propri componenti. Codificano eventuali processi non forniti dalla cellula (cellule hanno meccanismi utili all’uomo); il virus usa i processi cellulari a suo vantaggio effettuando a un autoassemblaggio. ar

I virus hanno un genoma racchiuso nel nucleocapside; l’involucro proteico si chiama capside. i Ch

Acido nucleico e capside formano il nucleocapside - virus nudi. Virus con pericapside/envelope sono composti da: acido nucleico di e capside con anche involucro pericapsidico.

Il virione è la più piccola unità del virus.

I virus si possono classificare per: ti

• Struttura: dimensione; morfologia; acido nucleico (DNA e RNA);
• Caratteristiche biochimiche: struttura e dinamica di replicazione; n
• Patologie: causati da virus respiratori oppure ematici e quindi in base alle patologie che provocano; pu
• Mezzi di trasmissione: sfruttano artropodi e insetti per la loro trasmissione (arthropod borne viruses);
• Cellula ospite: animali, specie botaniche e batteriofagi; ap
• Tropismo: ha una particolare predilezione per alcuni tipi di cellule (es. neurotropi - sistema nervoso).

Sistema di classificazione di Baltimore

È una classificazione basata sul tipo di acido nucleico e sul metodo di replicazione del genoma virale.

Virus a DNA:

• A doppio filamento (Double-stranded): Con involucro (Enveloped): Esempi includono Hepadnavirus (C), Herpesvirus (L) e Poxvirus (L). Senza involucro (Unenveloped): esempi Adenovirus (L), Papillomavirus (C), Polyomavirus (C). 2
• A singolo filamento (Single-stranded): Senza involucro (Unenveloped): esempi Parvovirus (L).

Virus a RNA: Suddivisi in base alla polarità del loro RNA e al metodo di replicazione:

• (+)RNA (RNA a senso positivo): Senza involucro (Unenveloped): Calicivirus e Picornavirus. Con involucro (Enveloped): Coronavirus, Flavivirus Togavirus.
• (-)RNA (RNA a senso negativo): Con involucro (Enveloped): Arenavirus (S), Bunyavirus (S), Filovirus, Orthomyxovirus (S), Paramyxovirus e Rhabdovirus.
• (±)RNA (RNA a doppio filamento): A doppio capside (Double capsid): Reovirus (S).
• (+)RNA via DNA (Retrovirus): a Con involucro (Enveloped): Retrovirus. ar

NUCLEOCAPSIDE: acido nucleico + involucro proteico che lo racchiude (capside composto da capsomeri) struttura chiamata virus nudi ➝ Il CAPSIDE può essere elicoidale, icosaedrico o complesso a simmetria binaria i

Eventualmente può essere presente un PERICAPSIDE o involucro detto «envelope» Ch (doppio strato fosfolipidico e glicoproteine virali) virus con envelope ➝

CAPSIDE e MEMBRANA PERICAPSIDICA: proteggono e consentono la diffusione del virus, interagiscono con i recettori della cellula bersaglio e favoriscono l’internalizzazione del virus. di

I virus nudi sono più resistenti (all'essiccamento, erosione degli acidi, enzimi digestivi, detergenti); conservano la loro infettività e possono anche usare tipi di trasmissione indiretta tra individui (trasmissione oro-fecale: rotavirus).

I virus con envelope sono più labili nell’ambiente (vengono distrutti dall'essiccamento, ti erosione degli acidi, enzimi digestivi, detergenti); sono più facilmente trasmissibili per contatto diretto, trasfusioni, micro-aerosol. n

I virus nudi causano per forza la lisi delle cellule, mentre quelli con envelope possono gemmare. pu

Replicazione virale

La cellula agisce come vera e propria fabbrica per la sintesi delle proteine e del genoma ap virale. Il virus codifica enzimi essenziali alla sua replicazione come la polRNARNA-dipendente.

La replicazione virale ha fasi iniziali differenti a seconda della tipologia di virus.

Fasi di replicazione:

1. Riconoscimento: dei recettori delle cellule bersaglio, tropismo mediato da glicoproteine - fase di ADSORBIMENTO;
2. Penetrazione: all’interno della cellula. Un virus nudo viene inglobato per endocitosi/viropessi nella cellula tramite vescicole; il virus con pericapside invece si fonde con la cellula;
3. Perdita: dell’eventuale rivestimento e libera il suo acido nucleico;
4. Sintesi macromolecole e replicazione virale: per i virus a DNA avviene nel nucleo; mentre a RNA nel citoplasma; 3
5. Assemblaggio: di proteine virali - deve essere protetto dal capside - per i virus a DNA avviene nel nucleo; mentre a RNA nel citoplasma;
6. Fuoriuscita: delle particelle virali o per gemmazione o per esocitosi e rilascio del virus che va ad infettare.

Non tutte le particelle saranno funzionali ed effettive, esistono infatti anche infezioni di tipo abortive; basta che uno dei 6 passaggi non vada a buon fine.

Replicazione virale e possibili target terapeutici

Antivirali che vanno a bloccare la prima fase: recettori antagonisti degli anticorpi.

Antivirali che vanno a bloccare la liberazione dell’acido nucleico (Amantadina, Arildone, Rimantadina, Tromantadina). a

Antivirali che bloccano sintesi proteica e trascrizione (Interferone e oligomeri antisenso). ar

Antivirali che vanno a bloccare fusione, inibizione delle proteasi. i

Antibiotici non sono per le infezioni virali Ch

Replicazione virus a RNA con envelope (SARS-CoV-2)

1. Legame con il recettore ACE2 e ingresso nella cellula: Il virus si lega al recettore di ACE2 sulla membrana cellulare e entra nella cellula per endocitosi.
2. Rilascio dell'RNA virale: Una volta all'interno della cellula, il virus rilascia il suo RNA virale nel citoplasma.
3. Replicazione dell'RNA: L'RNA virale ti viene replicato per produrre nuove copie del genoma virale. n
4. Produzione della polimerasi virale: L'RNA virale viene utilizzato per pu sintetizzare la polimerasi virale, un enzima necessario per la replicazione dell'RNA.
5. Adesione del ribosoma: I ribosomi ap della cellula ospite si legano all'RNA virale per iniziare la traduzione.
6. Traduzione dell'RNA in proteine: L'RNA virale viene tradotto in proteine virali, tra cui:
   • Nucleocapside (N)
   • Spike (S)
   • Membrana (M)
   • Envelope (E)
7. Formazione della vescicola alla membrana cellulare: Le proteine virali vengono trasportate all'apparato di Golgi, dove vengono impacchettate in vescicole.
8. Rilascio di nuovi virus: Le vescicole contenenti i nuovi virioni si fondono con la membrana cellulare, rilasciando i virus all'esterno della cellula. 4

Mutazioni del genoma che cambiano la loro interazione e danno origine alle famose varianti del covid.

Come nascono le varianti?

Nascono da mutazioni spontanee: dovuti a errori di proof-reading delle polimerasi, che conferiscono proprietà antigeniche, caratteristiche strutturali e funzionali diverse al virus. Gli effetti sono una ridotta sensibilità ai farmaci, diverso riconoscimento e diversa virulenza.

Le mutazioni sono più frequenti nei virus a RNA (es. COVID- 19 - varianti Alpha, Delta, Gamma, Omicron).

Curva di crescita di un virus

Avviene nell’ordine temporale di ore. Ha un andamento esponenziale: aumento della concentrazione logaritmica dei virus.

1. Fase precoce (riconoscimento, adesione, internalizzazione, a traslocazione)
2. Fase tardiva (replicazione virale e sintesi macromolecolare, ar assemblaggio, rilascio)
3. Periodo di eclisse (termina con la comparsa di nuovi virioni)
4. Periodo di latenza (comprende l’eclissi; virus non rilevabile a livello extracellulare) Ch
5. Produzione virale

Batteri

Sono organismi procarioti unicellulari privi di membrana nucleare. di

Hanno dimensioni che variano da 0,1 a 1 µm (sono visibili al microscopio ottico). Hanno morfologia sferica/ovale, come lo stafilococco, cilindrica come i bastoncelli, ricurva come lo spirillo e il vibrione, a spirale, raggruppata come i diplococchi ed a catena come gli streptococchi. ti

Classificabili in base all'aspetto delle colonie o alle caratteristiche di crescita dei terreni di coltura, alle caratteristiche metaboliche, all’antigenicità (possono avere antigeni superficiali n differenti) e al genotipo.

Possiedono anche caratteristiche metaboliche diverse, possono infatti essere: aerobi e pu anaerobi.

I batteri sono più basici, hanno un DNA cromosomiale all’interno del citoplasma, non hanno ap un nucleo. Plasmidi (nice to have - vantaggio competitivo) = porzioni di DNA (DNA plasmidico) che codificano per geni particolari (geni della resistenza); possono essere trasmessi da un batterio all’altro e che può essere responsabile alla resistenza di alcune classi di antibiotici.

Plasmidi e citoplasma sono avvolti da una membrana citoplasmatica, non sufficiente per i batteri in quanto possiedono anche la parete cellulare (possibile bersaglio degli antibiotici) (diversa da un batterio all’altro: gram positivi e gram negativi). Ci può essere esterna alla parete cellulare una capsula che conferisce ancora più stabilità, consistenza e virulenza. Ancora al di fuori pili o flagelli per muoversi.

Cosa che diversifica virus e batteri è la lunghezza del DNA, che nei batteri è lunghissimo, anche 1000 volte la lunghezza della cellula stessa. Fa avvenire in più punti la sintesi proteica. 5

La loro replicazione è bidirezionale (due forche di replicazione opposta senza istoni). La trascrizione e la traduzione avvengono simultaneamente.

Possiedono i ribosomi 70S (peso in dalton del ribosoma), c’è l’rRNA 85S, l’rRNA 16S, si individua il genotipo attraverso il ribosoma e sono necessari alla sintesi proteica.

Polisomi: più ribosomi attaccati all’mRNA.

Sono composti inoltre da: granuli di glicogeno, polifosfati, solfuri, poli-beta-idrossibutirrato.

La membrana citoplasmatica ha un doppio strato di fosfolipidi - modello mosaico fluido con opanoidi e proteine.

È una barriera di permeabilità, sito di ancoraggio e di conservazione dell’energia. Interviene nella divisione cellulare a livello dei mesosomi.

La parete cellulare circonda la membrana citoplasmatica, conferisce rigidità, gli dà una + - forma, contribuisce alla specificità antigenica e suddivide i batteri in G e G (peptidoglicano). a

Nei gram positivi la parete ha uno strato molto spesso di peptidoglicano; nei gram negativi ar invece, si riduce a un sottilissimo strato di peptidoglicano. Essendo così spesso trattiene il cristalvioletto utilizzato nella colorazione di gram e sono positivi alla colorazione di gram.

Processo di colorazione

Processo di colorazione (frecce e testo centrale): i

• Fissazione: I batteri vengono fissati su un vetrino. Ch
• Cristalvioletto: Viene aggiunto il cristalvioletto, colorando tutte le cellule di viola.
• Trattamento con iodio: Viene aggiunto iodio, che fissa il cristalvioletto nelle cellule Gram-positive.
• Decolorazione: Viene aggiunto un decolorante (alcol o acetone), che rimuove il cristalvioletto dalle cellule Gram-negative. di
• Safranina: Viene aggiunta la safranina, colorando di rosa le cellule Gram-negative.

I peptidoglicani circondano la membrana plasmatica, conferiscono rigidità, determinano la + - forma dei batteri, contribuisce alla specificità antigenica e suddivide i batteri in G e G. l’unità ti elementare è il glicantetrapeptide. Il peptidoglicano è costituito da: NAG (N-acetilglucosamina) e NAM (N-acetilmuramico) legate tra loro da ponti peptidici formati da n 4 amminoacidi. Questa unità di base è un importante bersaglio per la terapia antibiotica. pu

NAM e NAG sono legati da un legame β 1-4 glicosidico, i legami tra questi elementi sono anche oggetto dell’azione degli antibiotici. Gli antibiotici vanno ad agire a livello di parete e di peptidoglicano. La sintesi delle catene e dei legami è mediata da PBP, che è bersaglio dei β ap - lattamici.

Come distinguere i batteri?

Come distinguere i batteri? Dalla colorazione dei gram

Un ulteriore elemento di distinzione è che nel Gram+ i NAM e i NAG sono uniti da 5 glicine tramite il legame pentaglicinico formato tra il 3° e il 4° aminoacido; mentre nei Gram- c’è un legame crociato diretto tra il 3° e il 4° aminoacido.

Nei G- sono presenti enzimi idrolitici, le molecole di trasporto ed anche i fattori di virulenza.

Gli LPS dei G- (lipopolisaccaride sulla parete) comprendono:

• Il lipide A, detta endotossina;
• Un antigene somatico specifico O, che può cambiare da un gram negativo a un altro. In ognuna delle specie batteriche cambia l’antigene somatico esterno.
• Core polisaccaridico: zuccheri 6

Esistono anche altri batteri oltre ai gram positivi e negativi: i micobatteri, i quali come ulteriore componente di parete hanno anche lipidi e cere. Sono un gruppo di batteri meno suscettibili agli antibiotici, diventando impermeabili alle sostanze tossiche. I micobatteri si replicano lentamente. Vengono colorati con lo Ziehl-Neelsen, perché alcool-acido resistenti (BAAR).

Altre strutture dei batteri

Altre strutture dei batteri:

Capsula: strato mucoso/glicocalice - di natura polisaccaridica, dotata di immunogenicità e variabilità antigenica, resistente alla fagocitosi (es. streptococco, meningococco e l’influenza).

Fimbrie o pili: rigide e corte costituite da pilina, che permettono l’adesione cellulare.

Flagelli: lunghi, elicoidali costituiti da flagellina, che permettono mobilità e chemiotassi. a

Sporulazione

È una caratteristica di alcuni batteri G+, avviene in condizioni ambientali sfavorevoli del loro ar microambiente (spore del clostridium del tetano delle rose; spore del botulino). La spora resiste al calore intenso, alle radiazioni, agli enzimi, agli agenti chimici e ai disinfettanti (per un tempo lunghissimo, secoli). Si formano all’estremità dei batteri. i

Le spore vengono uccise tramite la sterilizzazione in autoclave (a 121°, 1 atm, per 10-15 Ch minuti).

STRUTTURA DELLA SPORA: ha una corteccia per resistere. Ed è costituita da:

• Il core: comprende il DNA, il citoplasma e le proteine citoplasmatiche;
• La membrana citoplasmatica;
• La parete cellulare rudimentale; di &bu