Appunti immunologia: infezioni batteriche micotiche e patologie

Appunti di microbiologia-immunologia e specie batteriche

Principi di immunologia

L’immunità è definita come la capacità degli organismi superiori di sviluppare resistenza all’infezione.

Piramide immunologica

• Risposta immunitaria
• Risposta infiammatoria
• Barriera fisica

Funzione del sistema immunitario:

• Protegge l’organismo dagli agenti patogeni
• Rimuove le cellule e i tessuti danneggiati o morti ed i globuli rossi danneggiati
• Riconosce e rimuove le cellule anomale (neoplasie)

Il sistema immunitario è costituito da una complessa rete formata da: Organi, cellule e mediatori chimici. Il sistema immunitario svolge un ruolo molto importante di protezione da:

• Batteri
• Virus
• Funghi
• Parassiti

Barriere fisiche

Le barriere fisiche sono rappresentate da quelle strutture o complessi che offrono una protezione strutturale dalle infezioni da agenti patogeni.

• Lisozima: presente nel liquido lacrimale
• Ciglia e nasofaringe
• Trachea: flora normale compete con i patogeni
• Muco e fagociti nei polmoni, macrofagi alveolari
• Stomaco: pH altamente acido, inibizione della crescita batterica patogena ad eccezione per i micobatteri
• Flora normale nell’intestino: compete con i patogeni
• Repentina modificazione del pH nello stomaco e intestino
• Sudorazione

Barriere naturali degli epiteli:

• Barriere fisiche
• Barriere chimiche
• Barriere meccaniche
• Produzione di enzimi
• Produzione di peptidi antimicrobici
• Flora batterica non patogena che entra in competizione con microrganismi patogeni

Lo scopo del sistema immunitario è quello di riconoscere gli organismi estranei e invasori, nella prevenzione della loro diffusione e infine nel loro allontanamento dall’organismo. Il sistema immunitario ha la capacità di riconoscere le sostanze appartenenti all’organismo e le sostanze estranee. Questo processo è definito come Self e Non Self.

La risposta immunitaria derivante da un'infezione può essere classificata in due gruppi:

• Risposta immunitaria innata
• Risposta immunitaria acquisita o adattiva

Risposta immunitaria innata

La risposta immunitaria innata è quel tipo di risposta immunitaria che agisce per prima su un'infezione. Si serve di varie tipologie di cellule, sostanze biologiche e componenti dotati di attività biologica. Questa risposta immunitaria non è specifica, è preesistente, attivazione rapida e previene l’infezione.

Risposta immunitaria acquisita

La risposta immunitaria acquisita è una risposta immunitaria specifica in quanto discrimina tra self e non self, altamente specifica, produce cellule della memoria, richiede l’infezione per l’attivazione e ha un’attivazione lenta. Le cellule della memoria vengono prodotte quando una specie patogena infetta l’organismo e in seguito ad infezione, la risposta immunitaria acquisita produce tali cellule specifiche per quella specie patogena, che in seguito ad una seconda infezione derivante dalla stessa specie che ha causato la prima, riconosceranno gli agenti patogeni come estranei e li distruggeranno.

Tempo di attivazione in risposta all’infezione

• Immunità innata: immediata
• Immunità acquisita: dopo 12/24/36h

Cellule coinvolte nella risposta immunitaria

Le risposte immunitarie sono mediate da specifiche cellule con funzioni ben definite.

• Globuli bianchi o Leucociti
  • Granulociti
    • Neutrofili
    • Eosinofili
    • Basofili
  • Linfociti
    • Linfociti T
    • Linfociti B
  • Monociti
• Globuli rossi o Eritrociti
• Trombociti o Piastrine

La reazione immunitaria

Le principali caratteristiche della reazione immunitaria sono:

• Specificità: per ogni antigene o determinante antigenico si realizza una specifica risposta immune con la produzione di anticorpi;
• Diversità: gli antigeni sono in numero elevatissimo (10⁹ – 10¹⁰). Il sistema immunitario riconosce ed identifica tale numero di antigeni;
• Memoria: il sistema immunitario è in grado di acquistare una memoria immunitaria producendo, alla prima infezione, cellule della memoria che permettono una risposta veloce nel caso di una seconda invasione da parte dello stesso agente infettivo;
• Autolimitazione: le risposte immune sono in grado di esaurirsi in modo autonomo;
• Capacità di discriminare il “self” dal “non self”

Riconoscimento dei patogeni

Il sistema immunitario innato è anzitutto quello di riconoscere e quindi distinguere cellule che fanno parte del self da quelle non self. Tutte le cellule batteriche hanno una caratteristica comune: hanno nell’estremità N-terminale del peptide una formil-metionina al posto di una metionina. Il sistema immunitario innato è in grado di riconoscere anche la struttura lipopolisaccaridica della parete esterna dei batteri e anche il tipo di acido nucleico presente in essi. La specificità di queste varie capacità di riconoscimento è affidata a particolari recettori detti “toll-like receptors”, proteine la cui origine è molto antica nella scala dell’evoluzione degli organismi viventi.

Immunità innata vs immunità acquisita

I PRR sono presenti in forma solubile (proteine del complemento) o esposti sulla superficie delle cellule dell’ospite. I PRR riconoscono i Profili Molecolari Associati al Patogeno (PAMP). Il legame PRR-PAMP innesca l’infiammazione finalizzata a distruggere i patogeni.

I recettori toll-like sono presenti in un’ampia varietà nelle cellule dell’ospite. Il legame TLR-PAMP attiva la secrezione delle citochine (infiammazione), attrazione dei macrofagi, neutrofili, NK e cellule dendritiche nel sito di infezione. I TLRs, sono espressi su cellule mielomonocitiche, su cellule endoteliali ed epiteliali e anche a livello dell’endotelio ipotalamico.

Nell’Immunità innata il riconoscimento dei patogeni avviene tramite:

• Pattern-Recognition Receptors, PRR: sono recettori di membrana sia plasmatica che endocellulare presenti sui fagociti e anche su altre cellule (dendritiche, epiteliali, endoteliali..)
• Pattern-Recognition Molecules, PRM: sono molecole proteiche di riconoscimento circolanti prodotte soprattutto dai fagociti (anche da cellule dendritiche, epiteliali, alveolari, epatiche..)

Proprietà generali degli antigeni

• Estraneità all’organismo, o riconosciuta come tale.
• Antigenicità, cioè capacità di combinarsi con un anticorpo
• Immunogenicità, cioè capacità di indurre una risposta immune.

Per antigene si intende ogni molecola che possa legarsi specificamente ai recettori dei linfociti (BCR e TCR).

Epitopo o determinante antigenico: raggruppamenti chimici contenuti nella molecola antigenica che vengono riconosciuti da recettori presenti sulla superficie dei linfociti, evocando la risposta immunitaria.

Aptene: antigene incompleto, di piccola dimensione, in genere non proteico, che non riesce da solo ad indurre la risposta immunitaria a meno che non venga a legarsi con proteine carrier.

Gli antigeni possono appartenere a: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici.

Proprietà dell’immunogeno

• Estraneità: tanto maggiore è la distanza filogenetica tra due specie, tanto maggiore è la loro diversità genetica
• Peso molecolare: macromolecole >10kDa
• Composizione chimica: i polisaccaridi puri e i lipopolisaccaridi sono buoni immunogeni. Gli acidi nucleici di solito sono poco immunogeni. Lo possono diventare quando si complessano con proteine. I lipidi in generale non sono immunogeni, ma possono essere apteni.
• Capacità di essere processato: le macromolecole devono essere processate dalle cellule che presentano l’Antigene. Più è alta questa capacità maggiore è l’immunogenicità

Differenziamento delle cellule ematopoietiche

Tutte le cellule ematiche derivano dal differenziamento di un progenitore comune, detto cellula staminale pluripotente. La maturazione di queste cellule ha inizio durante lo sviluppo fetale e continua per tutta la vita. La cellula staminale pluripotente si differenzia in cellule staminali delle diverse linee ematiche:

• Linea mieloide: Dalla linea mieloide derivano le cellule denominate le cellule accessorie o presentatrici d’antigeni che fanno parte dell’immunità naturale o innata e giocano un ruolo essenziale nella iniziazione dell’immunità acquisita. Questo gruppo di cellule è formato da:
  • Monociti
    • Macrofagi -Fagocitosi
    • Cellule dendritiche -Presentazione di antigeni
  • Granulociti
    • Eosinofili
    • Neutrofili
    • Basofili
• Linea linfatica: Linfociti T e B
• Linea eritrocitaria
• Linea megacarioblastica: precursore delle piastrine

Cellule dendritiche

Ricoprono il ruolo di vere e proprie "sentinelle", risiedono principalmente a livello di quei tessuti che fungono da barriera con l’ambiente esterno e quindi facilmente raggiungibili da agenti patogeni (mucosa nasale, polmonare, intestinale, gastrica e cute). Queste cellule saggiano notevoli quantità di fluidi extracellulari mediante macropinocitosi. Quando vengono a contatto con agenti estranei, migrano nei linfonodi, dove allertano le altre cellule del sistema immunitario, le APC.

Granulociti

I granulociti si distinguono in base alla differente affinità verso i coloranti neutri, acidi o basici in neutrofili, basofili ed eosinofili.

• Neutrofili: sono i leucociti più comuni (60% dei leucociti nel sangue periferico). Sono molto attivi nel fagocitare batteri e sono richiamati precocemente nel sito di infezione attraverso la chemiotassi. Alcune derivate dal complemento ed altre prodotte dal metabolismo batterico.
• Eosinofili: rappresentano lo 0.5% del sangue periferico. Partecipano attivamente alle risposte immunitarie innate e acquisite contro le infezioni parassitarie da elminti.
• Basofili: rappresentano lo 0.1% del sangue periferico. Si trovano nei tessuti connettivi di tutto il corpo, partecipano attivamente alle reazioni allergiche. Secernono sostanze anticoagulanti, vasodilatatrici come l’istamina e la serotonina. Possiedono capacità antifagocitarie anche se la loro funzione principale è quella di secernere sostanze che mediano la reazione di ipersensibilità.

Fasi della fagocitosi

La fagocitosi è un evento complesso che si può suddividere in 5 stadi:

• Chemiotassi
• Opsonizzazione e aderenza
• Inglobamento e ingestione
• Uccisione e digestione
• Esocitosi

Fagociti mobili

Fattori che attivano e stimolano la risposta immunitaria

Le cellule del sistema immunitario innato o acquisito comunicano attraverso specifici recettori di membrana e mediante fattori solubili. Tali fattori sono rappresentati da sostanze specifiche: le citochine, interferoni e chemochine.

• Citochine: sono proteine, prodotte da specifiche cellule linfoidi e non, che stimolano e regolano altre cellule, attivando e regolando in tal modo la risposta immunitaria.
• Interferoni: sono proteine prodotte in risposta a infezioni virali e di altro genere (interferone-α e interferone-β) o in seguito all’attivazione del sistema immunitario (interferone-γ); queste molecole inducono risposte antivirali e antitumorali e stimolano le risposte immunitarie.
• Chemochine: sono proteine di piccole dimensioni associati a risposte di tipo infiammatorio. I neutrofili, basofili, monociti e linfociti T esprimono recettori per le chemochine e possono essere attivati da esse. Le chemochine insieme ad altre proteine sono fattori chemiotattici e creano un sentiero chimico che attrae i fagociti e le cellule infiammatorie nel focolaio di infezione

Fasi dell’immunità innata

1. Superamento delle barriere naturali degli epiteli ed entrata del microorganismo nei tessuti
2. Riconoscimento del patogeno da parte dei macrofagi
3. Attivazione dei macrofagi con rilascio di fattori vasoattivi e chemiotattici
4. Danno tissutale, provocato dalle sostanze liberate dal patogeno, con rilascio di amine vasoattive (istamina, serotonina..) e proteine della fase acuta (PCR, complemento, fattori della coagulazione)
5. Infiammazione

Infiammazione

La risposta infiammatoria è la risposta del sistema immunitario ad un attacco di un patogeno con successiva liberazione di sostanze utili a combatterlo.

Segni clinici dell’infiammazione

Arrossamento → aumento di flusso di sangue nel sito

Rigonfiamento → fuoriuscita di liquido nei tessuti

Dolore → compressione dei nervi

Risposta infiammatoria

La risposta infiammatoria ha il compito di distruggere o confinare l’agente lesivo, produrre guarigione e sostituire il tessuto danneggiato. La risposta infiammatoria può essere acuta o cronica:

• Acuta: la risposta infiammatoria acuta è una risposta che presenta un'infiammazione di breve durata. È caratteristica di comparsa di essudato composto da liquidi, proteine plasmatiche e diapedesi dei leucociti.
  • Aumento permeabilità vascolare → che causa la fuoriuscita di liquido dai tessuti responsabile della tumefazione o edema
  • Vasodilatazione → causando eritema e aumento della temperatura locale
  • Dolore
  • Adesione leucocitaria
  • Chemiotassi leucocitaria
  • Risposta di fase acuta
  • Danno tissutale
  • Febbre
• Cronica: la risposta infiammatoria cronica è una risposta che presenta un'infiammazione di lunga durata caratterizzata dalla presenza di linfociti o macrofagi, fibrosi e necrosi tessutale.

Il complemento

Il complemento è un sistema difensivo multifunzionale costituito da circa 30 proteine differenti. Il complemento ha un ruolo fondamentale e centrale nella risposta infiammatoria in quanto è un sistema di allarme e un’arma di difesa contro le infezioni, in particolare quelle batteriche. Il complemento svolge un ruolo importante nella promozione della risposta infiammatoria e nella fagocitosi attraverso:

• Reclutamento dei fagociti nel sito di invasione per diapedesi
• I fagociti sono attirati verso il sito di infezione riuscendo a percepire la presenza di chemiotassine
• Opsonizzazione: le OPSONINE (del complemento) trasformano le cellule fagocitarie in mangiatori voraci e in killer spietati.

Il complemento è normalmente inattivo e deve essere attivato.

Attivazione del complemento

Il complemento viene attivato direttamente da batteri in 3 modi differenti e tutti portano agli stessi prodotti finali, la differenza nel tipo di stimolo che attiva la reazione:

• Via classica: attivata dal complesso antigene-anticorpo;
• Via della lectina: attivata da lectine plasmatiche che si legano ai microrganismi. Legame del mannosio sul patogeno con le lectine seriche;
• Via alternativa: è attivata direttamente dalla superficie batterica e dalle sue componenti. La via alternativa viene attivata dal legame del fattore B properdina al C3b.

Tutte e 3 le tipologie di vie di attivazione portano alla formazione di mediatori dell’infiammazione, al reclutamento dei fagociti, opsonizzazione dei batteri, formazione del complesso di attacco alla membrana con conseguente lisi delle cellule.

Il complemento produce dei componenti biologicamente attivi:

• Tramite proteolisi il complemento si attiva liberando un frammento a e un frammento b
• L’attivazione dà inizio ad una cascata di eventi proteolitici → produzione di fattori chemiotattici (infiammazione)
• Il legame con l’agente infettivo promuove la fagocitosi (opsonizzazione)
• Eliminazione o uccisione diretta

Linea linfatica

Questa linea ha il compito di portare a termine le principali funzioni che caratterizzano il sistema immune: i linfociti reagiscono alle molecole estranee in modo specifico e li memorizzano in una eventuale invasione futura. I linfociti B e T prima di incontrare l’antigene vengono chiamati naive. Le cellule staminali si trovano principalmente nel midollo osseo, ma possono essere isolate anche dal sangue fetale del cordone ombelicale e come cellule rare dal sangue dei soggetti adulti. Il differenziamento delle cellule staminali in cellule circolanti mature e funzionali è attivato da specifiche interazioni di membrana con le cellule.