Appunti di microbiologia

Microbiologia lunedì 1 marzo 2021

Lezione 1

I farmaci hanno precisa identità microbiologica.

Il microbiologo deve controllare fasi di produzione dei farmaci, deve occuparsi di farmaci antimicrobici.

COVID-19 e peste

COVID-19 => coronavirus disease di cui il primo caso è stato scoperto nel 2019.

Coronavirus => famiglia di virus molto estesa. La maggior parte di questi virus provocano sindromi quasi innocue, tipo raffreddore. Altri provocano sindromi respiratorie molto pesanti.

Epidemia di SARS nel 2002 => allevatore aveva polmonite molto pesante.

MERS => sindrome da coronavirus di SARS-CoV del Medio Oriente nel 2012.

Incidenza di casi e mortalità differente.

SARS: letalità intorno al 9-10% dei casi.

MERS: letalità di 30-34%. Presente come malattia endemica nella zona di Giordania-Israele.

Covid 19 —> agente eziologico è SARS-CoV 2. Letalità 2,6-3%.

Peste => malattia molto rapida a diffondersi. Malattia mortale, letalità di 70-80% dei casi.

Sia peste che Covid si sono originate in Cina.

Peste si ascrive intorno a 1343, quando durante assedio di Caffa, città Crimea, gran Kan ordinò per vincere resistenza di questa città di buttare cadaveri di morti appestati dentro mura della città.

Mercanti europei che avevano colonizzato la città tornarono in Europa e portarono la peste.

Entrambe di origine microbica. Peste di origine batterica, agente eziologico Yersinia pestis, mentre Covid 19 è di origine virale.

Termine “quarantena” deriva da peste, perché persone si isolavano per 40 giorni in lazzaretto, e lì guarivano o morivano.

Si può paragonare peste a Covid perché siamo nel 2021, e avere una pandemia adesso non è una bella cosa, si poteva fare qualcosa in più.

Depauperamento di farmaci antimicrobici

Ogni anno si muore per infezione di antibiotico resistenza 11mila decessi l’anno in Italia —> ci sono sempre meno principi attivi efficaci contro batteri.

Si rischia di arrivare ad era post antibiotica.

In laboratorio si cercano nuovi principi attivi, ad esempio studiando medicina popolare, tipo applicazione di medicina come sciamani per capire se effettivamente hanno rimedi utili.

Infezioni nosocomiali => classificate così quando soggetto manifesta infezione in ospedale, ma non è sintomatico all’atto del ricovero.

Ci sono infezioni nosocomiali ritenute tali anche dopo dimissione, tipo quando si ha protesi, oppure caso di anestesista che ha subito trapianto di cuore e polmoni, ed è morto un anno dopo l’operazione a causa di un micobatterio presente nella macchina di raffreddamento usato per il trapianto. È morto dopo un anno e mezzo perché micobatteri si sviluppano molto lentamente.

Per prevenire infezioni nosocomiali bisogna lavorare su capacità di colonizzare la superficie dei batteri.

Modi per ridurre le infezioni nosocomiali: biofilm batterico

Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa.

Microrganismi responsabili:

Consorzio di microrganismi che parte da prima fase di microrganismi che colonizzano superficie, producono sostanze particolari e creano più strati, su cui poi arrivano anche altri microrganismi di altre specie. Microrganismi di questo biofilm riescono anche a scambiarsi geni, quindi si evolvono e diventano insensibili ad antibiotici.

Superfici antimicrobiche autodisinfettanti => sulla superficie si legano sostanze antimicrobiche, come farmaci oppure con nanoparticelle di argento.

Escherichia coli => Gram negativo.

Staphylococcus aureus => Gram positivi.

Particelle d’argento sui 7-10 nm penetrano parete cellulare di Gram negativi, ma nei Gram positivi si fermano all’esterno.

Entrambi i microrganismi muoiono, perché nei Gram negativi hanno spaccato parete cellulare e membrana citoplasmatica, mentre nei Gram positivi si è bloccato il metabolismo, perché hanno impedito a cellule di riprodursi.

Se si impedisce a microrganismo di colonizzare superficie, si impedisce anche di creare biofilm.

Modi per ridurre le infezioni nosocomiali: bioaerosol

Altro modo per ridurre infezioni nosocomiali è intervenire su bioaerosol => serie di microrganismi in un ambiente. Aerosolizzo, microrganismi si diffondono e formano biofilm su superficie.

Bisogna usare campionatori d’aria, piastre Rodac, SAS e cioè piccola piastra Petri di 55 mm di diametro, con terreno solido su cui faccio crescere microrganismi.

Secondo linee guida ufficiali in sala operatoria dovrebbero esserci meno di 0.5 CFU/cm².

CFU => unità formanti colonie.

Le particelle aerodisperse possono contenere differenti contaminanti di origine biologica:

• Microrganismi vivi coltivabili e non => batteri, miceti, virus, protozoi, ecc.;
• Prodotti metabolici, composti organici volatili, ecc.;
• Microrganismi morti;
• Frammenti di cellule;
• Endotossine, esotossine, micotossine.

Se prevengo rischio cala numero di ammalati e quindi dei morti, e anche i costi economici della società.

Definizioni

A partire da anni Novanta sono partiti una serie di decreti legge che normano ambiente di lavoro: si è imposto a datore di lavoro di certificare l’eventuale presenza di rischio biologico o chimico, e di fare tutto il possibile perché i lavoratori non si ammalino.

Fino ad anni Ottanta si pensava che rischio biologico conseguente a bioaerosol si riferisse solo a particolari ambienti lavorativi, cioè gruppi di lavoratori esposti a microrganismi in ambito sanitario e per quelli a rischio di contrarre zoonosi, veterinari, agricoltori, ecc.

In realtà qualsiasi ambiente può essere considerato a rischio di bioaerosol.

Bisogna cercare agente biologico, cioè qualsiasi microrganismo, anche geneticamente modificato, coltura cellulare, endoparassita umano, capace di provocare infezioni, intossicazioni o allergie —> batteri, funghi, parassiti, protozoi, virus, ma anche essere frammento di microrganismo o suo prodotto metabolico, come tossine.

Agente biologico non solo microrganismo wild type è agente selvatico, ma può anche essere agente manipolato in laboratorio.

Microrganismo => qualsiasi entità microbiologica in grado di riprodursi e trasferire materiale genetico.

Microrganismo geneticamente modificato => entità il cui materiale genetico è stato modificato in un modo che non avviene in natura mediante incrocio e/o ricombinazione naturale.

Coltura cellulare => risultato della crescita in vitro di cellule derivate da organismi pluricellulari.

Uso e impiego di agenti biologici

2 tipologie di ambienti dove ci sono agenti biologici:

• Uso deliberato => io coscientemente maneggio microrganismi —> laboratori universitari / ospedalieri, industrie alimentari e biotecnologiche, impianti di trattamento dei rifiuti dove si trattano reflui fognari con microrganismi;
• Esposizione potenziale => ambienti in cui microrganismi non vengono manipolati coscientemente, ma derivano da ciclo produttivo stesso —> es: agricoltura, zootecnia, macellazione delle carni, trattamento dei rifiuti, allevamenti ittici, sale autottiche, sale da autopsia.

Problema di bioaerosol può anche essere dovuto a errori umani.

All’esterno di laboratorio militare di massima sicurezza in New Orleans trovato batterio Burkholderia pseudomallei, che causa melioidosi; questo batterio provoca polmonite molto pesante, che porta morte nel 50% dei casi.

Batterio era stato studiato per capire se si poteva usare come arma biologica, ma quando sono state lavate provette batterio è stato buttato nello scarico esterno, che può essere a contatto con animali.

Vaiolo —> ultimo caso è stato nel 1978.

OMS disse che malattia era radicata a livello mondiale —> impose che tutti i laboratori con colture di virus del vaiolo dovevano consegnarli a CDC di Atlanta per emisfero occidentale, e laboratorio di virologia e biotecnologie di Mosca per l’emisfero orientale.

Nel 2014 a Maryland hanno trovato in frigo 6 provette con virus di vaiolo.

Ultima vaccinazione contro vaiolo in Italia è stato nel 1981 —> sarebbe un problema se tornasse epidemia.

Errore umano può spesso causare rischio biologico.

Campo di applicazione

Qualsiasi ambiente può essere a rischio biologico, basta che ci sia impianto di condizionamento dell’aria.

Tra sauna e bagno turco è meno rischiosa sauna da punto di vista microbiologico.

Legionella pneumophila => tipico batterio che si diffonde con microgocce nebulizzate, come doccia o bagno turco.

Modalità di trasmissione

Capire qual è serbatoio in cui alberga microrganismo, cioè riserva di infezioni dove microrganismo si annida e si riproduce. Bisogna anche capire come da serbatoio si trasmetta al soggetto sano.

Si può trasmettere per via:

• Diretta —> soggetto ammalato / portatore lo trasmette direttamente a paziente sano;
• Indiretta => fase intermedia: da portatore o malato microrganismo passa nell’ambiente, e poi al soggetto sano.

Portatore sano => pur ospitando microrganismo, non manifesta sintomi di malattia, ma la può diffondere agli altri.

Portatore cronico => diffusore per tanti anni.

Portatore precoce => manifesta malattia ma non ha sintomi chiari.

Convalescente non manifesta più i sintomi della malattia, ma può ancora essere contagioso.

Trasmissione indiretta riguarda soprattutto microrganismi più resistenti.

Avviene tramite 2 modalità:

• Veicoli, organismi inanimati => aria, acqua, suolo, vestito, superfici;
• Organismi viventi.

Vie di trasmissione:

• Aerea;
• Cutanea;
• Aerosonizzazione;
• Parenterale-sessuale;
• Ingestione, inalazione, inoculazione;
• Iatrogena => dovuta a manipolazione mediche fatte in modo sbagliato.

Associazioni biologiche

Quando ho trasmesso microrganismi, posso avere 3 tipi di interazioni biologiche:

• Simbiosi mutualistica => microrganismi e ospite hanno rapporto paritario;
• Commensalismo => uno dei 2 attori ha beneficio nell’interazione con ospite, ma in questa interazione non danneggia commensale; es: Escherichia coli nell’intestino;
• Parassitismo => microrganismi danneggiano l’ospite.

Situazione dinamica, si può passare da simbiosi a parassitismo.

Rapporto ospite-parassita

Fattori che possono influenzare le caratteristiche di suscettibilità dell’ospite:

• Storia immunologica —> immunità acquisita naturalmente / artificialmente;
• Fattori fisiologici —> malattie costituzionali, stress;
• Fattori costituzionali —> età, nutrizione, equilibrio ormonale;
• Fattori microbici —> patogenicità, cioè capacità di indurre malattia, virulenza, via di ingresso, molti patogeni se non entrano dalla parte giusta non fanno nulla, dose infettante, ora microbica normale.

Immunità di specie => determinati microrganismi non infettano altri microrganismi, ad es: malattie che colpiscono animali non colpiscono l’uomo.

Dose infettante 50 => quantità di microrganismi che può uccidere il 50% dei soggetti. Questo tipo di verifica vale solo per gli animali.

Microbiologia venerdì 5 marzo 2021

Lezione 2

Cos’è un bioaerosol? È massa di microrganismi, cioè eccesso di microrganismi che viene diffuso in un ambiente.

Attore principale di bioaerosol è agente biologico, che intende anche gli OMG, che a volte sono più pericolosi del normale.

Trasmissione può essere diretta, veicoli come aria o superfici, oppure vettori, come persone o animali, o indiretta.

Classificazione di pericolosità degli agenti biologici

Gruppo di rischio 1

Gruppo di rischio 1 => agenti biologici che difficilmente causeranno malattia all’uomo.

Non rappresentano un pericolo per la comunità.

Esempio: Bacillus subtilis, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae.

Si tratta di microrganismi commensali => non ci danneggiano se rimangono in una determinata zona.

Sono microrganismi traccianti, cioè microrganismi usati in laboratorio per verificare efficacia di antimicrobico o disinfettante.

Si possono usare per queste prove perché:

• Non sono pericolosi;
• Sono rappresentativi delle principali tipologie microbiche che possiamo trovare nell’ambiente —> E. coli è Gram negativo, S. epidermidis è Gram positivo, S. cerevisiae è lievito, fungo.

Gruppo di rischio 2

Gruppo di rischio 2 => microrganismi che rappresentano rischio maggiore per il singolo, ma basso rischio per comunità.

Esempi: Staphylococcus aureus, Candida albicans, Klebsiella pneumoniae, Cytomegalovirus, Enterobacter aerogenes, Legionella pneumophila, Herpes simplex virus 1 e 2.

Klebsiella pneumoniae ed Enterobacter aerogenes sono Gram negativi che si trovano nell’intestino.

Sono uno dei maggiori problemi in infezioni nosocomiali perché colonizzano batteri —> danno infezioni urinarie e polmoniti, perché possono anche essere inalati.

Negli anni hanno acquisito geni di resistenza quindi intrattabili con antibiotici.

Klebsiella pneumoniae è diventato resistente a tutti i -lattamici e anche ad altri antibiotici.

Legionella pneumophila => Gram negativo; colonizza reti idriche; resiste a temperature fino a 50 °C e oltre —> pericoloso in ambienti comunitari. Può essere presente nei boiler —> può penetrare in vie aeree e causare febbre/dolori muscolari, passa velocemente, oppure può dare polmonite atipica, che può anche essere mortale.

Bisogna tenere temperatura del boiler sopra i 60 °C, perché a questa temperatura il batterio inizia a morire.

Gruppo di rischio 3

Gruppo di rischio 3 => causano gravi malattie, quindi rischio elevato per il singolo soggetto, e quindi si possono diffondere rapidamente alla comunità. Esistono protocolli terapeutici e profilattici che funzionano se applicati correttamente.

Esempi:

• Bacillus anthracis => Gram positivo sporigeno, che solitamente crea infezioni negli animali ma si può trasmettere anche all’uomo, ad esempio assumendo carni infette;
• Yersinia pestis => agente della peste;
• Brucella abortus => agente eziologico di brucellosi, cioè zoonosi che colpisce soprattutto bovini, in giovenche femmine provoca aborti spontanei; Gram negativo; si radica in organi bersaglio come linfonodi, fegato, milza; agricoltori e veterinari sono più a rischio, oppure chi consuma derivati di questi animali infetti;
• HBV, HIV, HCV;
• Salmonella typhi;
• COVID-19 —> ci sono protocolli, mortalità è alta, ma non così tanto.

Gruppo di rischio 4

Gruppo di rischio 4 => agente biologico con elevatissima mortalità, rischio enorme per il singolo e per la comunità, ma non ci sono protocolli terapeutici acclarati sempre efficaci.

Esempi: virus Ebola, virus di Marburg, virus della febbre emorragica di Crimea/Congo.

Virus Ebola si chiama così perché i primi casi sono stati isolati nel fiume Ebola. Si pensa che abbia come serbatoio primario i pipistrelli, e che poi venga trasmesso attraverso le scimmie all’uomo.

Causa febbre emorragica —> si muore per emorragia interna.

Causa 90% di morti rispetto agli infettati, virus di Marburg causa 80% dei morti.

Virus di Marburg si chiama così perché nel 1967 a Marburg, Germania, in laboratorio di colture cellulari si scatenò un’epidemia di questo virus.

Cos’è la microbiologia e da dove si origina?

Dal punto di vista pratico quand’è comparsa la vita sulla Terra?

Terra si è formata circa 4.5 miliardi di anni fa.

Vita è comparsa subito? Perché ci sia vita c’è bisogno dell’acqua.

Circa 3.9 miliardi di anni fa acqua si è raffreddata, e in brodo caldo si sono formate le prime molecole organiche, che poi si sono organizzate per originare progenota, cioè bisnonno di tutti i batteri.

Progenota => membrana cellulare preistorica che consentiva di trattenere molecole organiche e scambi con l’esterno. Era anaerobio, perché ossigeno non era ancora comparso. Era termofilo, cioè poteva sopportare temperature elevate.

Da progenota sono derivati i primi batteri, che erano simili a cianobatteri, cioè batteri fotosintetici.

Dalle cellule procariota, batteriche, si è passati ai primi eucarioti circa 2 miliardi di anni fa, poi si è passati a primi organismi cellulari.

Passaggio da procarioti a eucarioti non è ancora perfettamente chiaro.

Microbiologia => scienza che studia microrganismi.

Ha come oggetto forma, struttura, fisiologia, metabolismo, riproduzione e classificazione.

Microbiologia è scienza antica? No, è scienza giovane.

Termine microbiologia deriva da neologismo coniato da Charles Sedilliot: bios + micro => scienza che studia qualcosa di non percepibile all’occhio umano —> microbiologia è scienza giovane perché necessita di microscopi.

I primi microscopi sono comparsi nel 1600 circa.

Microbiologia consente di conoscere punti di forza e punti deboli di microrganismo, che consentono di trattarli.

Microrganismi possono essere usati da noi per produrre farmaci, come antibiotici o vaccini.

Tossina botulinica => può essere usata per botulino, sia per rughe sia per parti intime maschili.

Storia della microbiologia

Teoria della generazione spontanea => organismi di piccola taglia derivino da materia inanimata in materia spontanea.

Aristotele, 384-322 a.C., diceva che topi nascevano da grano in putrefazione.

Negli anni questa teoria è andata via via restringe