Enterobacteriaceae, Escherichia, Shigella, Salmonella, Klebsiella Proteus e Yersinia

Famiglia Enterobacteriaceae

La famiglia delle Enterobacteriaceae comprende all’incirca una quarantina di generi e circa 150 specie. Concentreremo la nostra attenzione sui batteri presenti nella parte sinistra del grafico, quindi Escherichia, Shigella, Proteus, Salmonella, Klebsiella e Yersinia.

Caratteristiche generali

• Bacilli aventi dimensioni 0,3-1 x 6 μ;
• Bacilli Gram -;
• Immobili o mobili per flagelli peritrichi (possono esserci anche varianti immobili di specie mobili);
• Asporigeni (quindi non producono spore);
• Aerobi/anaerobi facoltativi;
• Riducono i nitrati in nitriti (tranne alcuni stipiti di Erwinia e Yersinia);
• Ossidasi – (non possiedono il citocromo C);
• Catalasi + (tranne Shigella dysenteriae di tipo I);
• Possono o meno utilizzare il lattosio, vengono quindi distinti in:
  • Lattosio + : E. coli, Klebsiella, Enterobacter, Serratia
  • Lattosio - : Salmonella, Shigella, Yersinia

Un terreno che può aiutare a capire se il batterio utilizza o meno il lattosio è il TSI (triple sugar iron), che contiene, come zuccheri, glucosio, lattosio e saccarosio. Possono o meno essere capsulati. Queste caratteristiche ci consentono di utilizzare una pista per l’identificazione, cioè la loro capacità di utilizzare determinati substrati come unica fonte di carbonio, la presenza di determinati enzimi, la produzione di determinati prodotti metabolici e la capacità di utilizzare i carboidrati.

Struttura antigenica Enterobacteriaceae

I Gram – hanno una differente struttura di parete rispetto ai Gram +, poiché possiedono uno strato più sottile di peptidoglicano e hanno una membrana esterna, nella quale è presente l’ LPS, ovvero il lipopolisaccaride, ovvero l’endotossina, che conferisce potere tossico ai batteri e ne determina la specificità e la composizione antigene del soma. Inoltre, anche i Gram – possono avere dei flagelli e possono essere o meno capsulati.

La struttura antigenica delle Enterobacteriaceae comprende diversi antigeni:

• Antigene somatico O. La lettera O inizialmente stava ad indicare l’aspetto delle colture immobili in terreno liquido e sta per ohne hauch, cioè senza pellicola, perché i batteri mobili in terreno liquido formano una specie di pellicola superficiale. Con il passare del tempo, la definizione di antigene O si è estesa per definire l’antigene del soma batterico, composta dall’endotossina, in particolare dalla porzione saccaridica, poiché nella struttura della parete batterica vi è una parte collocata più profondamente e una parte più sporgente, che costituisce l’antigene O. Della parte saccaridica vi è una parte che non presenta elevata specificità, cioè rappresenta la parte comune a tutti i batteri, mentre la parte più esterna è costituita dalla ripetizione di una o più unità oligosaccaridi che conferiscono la specificità antigene e costituiscono i determinanti antigene. Questa varietà non è solo riguardante diverse specie batteriche, ma le porzioni più esterne differiscono anche all’interno dello stesso batterio; per cui nello stesso batterio è possibile che si abbiano più strutture differenti di queste porzioni terminali saccaridiche. Ciò fa sì che si definisca la composizione antigene O una composizione a mosaico, quindi si ha la porzione lipidica (lipide A) e una parte saccaridica, di cui una parte è più interna e l’altra è più terminale; quest’ultima differisce, nell’ambito dello stesso batterio e anche in specie diverse. Comprende componenti termostabili della membrana esterna (LPS).
• Antigene capsulare (K). K sta per kapsel, ovvero capsula. Non tutti i batteri possiedono la capsula (che ha potere antifagocitario); per quei batteri che ne sono provvisti, essa risulta costituita da polisaccaridi acidi che formano uno strato più o meno consistente (se tale strato è molto consistente si parla di capsula, se lo è meno si parla di microcapsula, glicocalice o slime), con il compito di mascherare l’antigene O. Ciò comporta che la sospensione batterica non interagisce con i rispettivi antisieri (affinché siano tipizzati; metodi effettuati con tecniche di agglutinazione), quando viene posta a contatto con essi. Per risolvere questo problema, la sospensione batterica può essere posta a 100° C per un’ora; questa procedura elimina la capsula e i batteri sono di nuovo O-agglutinabili. Solo nella salmonella l’antigene K prende il nome di antigene Vi, che sta per virulenza. Non tutte le specie di salmonella possiedono l’antigene (ce l’hanno, infatti, S. typhi, paratyphi e dublin) e, tra le salmonelle provviste di capsula, non tutte la esibiscono sempre. Quando le salmonelle possiedono la capsula si dicono in fase V; quando non la possiedono, si dicono in fase W.
• Antigeni flagellari (H). Sono componenti termolabili di natura proteica e sono costituiti da una proteina detta flagellina. Sono detti antigeni H poiché H sta per hauch (= pellicola), che viene prodotta in quanto sono batteri mobili in coltura liquida. Rispetto all’antigene H, la salmonella si presenta in due fasi:
  • Fase 1: fase specifica di quel particolare serovar o di pochi altri serovar di salmonelle (serovar sta per sierotipo);
  • Fase 2: fase aspecifica, cioè comune alle salmonelle.
• Fimbrie. Sono strutture filamentose, presenti sulla superficie cellulare, costituite da fibrillina, che conferiscono al batterio la capacità dell’adesività alle superfici. Vengono indicate con antigene F (prima venivano inglobate nell’antigene H).

Questi batteri sono capaci di dare quadri clinici differenti:

• Infezioni sistemiche, rappresentate dalle febbri enteriche, ovvero tifo e paratifo. In queste infezioni il coinvolgimento dell’intestino è contemporaneo o conseguente ad una disseminazione dell’infezione in tutto l’organismo.
• Infezioni primitivamente ed esclusivamente intestinali, ovvero enteriti e gastroenteriti (nella definizione di gastroenteriti, il termine gastro non indica né una localizzazione gastrica dell’infezione né una lesione della mucosa gastrica, ma si riferisce ai sintomi di carattere gastrico, come il vomito). I segni clinici sono caratterizzati da quadri diarroici e dissenterici (per diarrea si intende una elevata liquidità e frequenza dell’emissione del materiale fecale, mentre per dissenteria si intende una lesione della mucosa intestinale con emissione di una diarrea muco-sanguinolenta, quindi più grave della semplice diarrea). Questi quadri sono particolarmente critici e severi quando compaiono in pazienti della prima infanzia o in quelle realtà geografiche a basso standard socio-economico.
• Enterobatteri invasivi e non invasivi. I batteri invasivi differiscono da quelli non invasivi in quanto non producono tossine.
• Infezioni a localizzazione extraintestinale, caratterizzate per lo più da infezioni delle vie urinarie, dovute essenzialmente ad E. coli. Negli ultimi anni a queste infezioni se ne sono aggiunte altre di tipo opportunistico, contratte specialmente negli ospedali, conseguenti a infezioni di ferite chirurgiche o a manovre endoscopiche, causate non solo batteri della famiglia delle Enterobacteriaceae ma anche da altri Gram – come lo Pseudomonas aeruginosa, capace di sopravvivere dovunque, finanche nelle bottiglie dei disinfettanti.
• Infezioni esogene ed endogene. Le infezioni endogene hanno localizzazione extraintestinale e derivano da una migrazione in altre sedi di batteri che sarebbero commensali dell’intestino. Le infezioni sistemiche ed intestinali sono per lo più esogene, cioè conseguenti ad ingestione di alimenti o bevande contaminate da materiale fecale di soggetti infetti, sia in modo sintomatico che in modo asintomatico (portatori sani, poiché non manifestano la sintomatologia, ma possono diventare soggetti affetti a causa dell’abbassamento delle difese immunitarie. Un portatore cronico, invece, può essere quel soggetto che ha superato l’infezione, ne è guarito, ma continua a diffondere attraverso diverse vie l’agente eziologico dell’infezione).

Meccanismo dell’azione patogena

1. Attività antifagocitaria (dovuta alla capsula);
2. Adesività (dovuta alle fimbrie);
3. Endotossina (o LPS);
4. Elaborazione di tossine proteiche;
5. Sistemi di secrezione di tipo III, consistenti nell’inoculo di proteine batteriche che favoriscono l’inglobamento del batterio all’interno della cellula ospite e la sua trasmissione alle cellule contigue).

Escherichia coli

Deve il suo nome allo scopritore Escherich, che lo ha evidenziato alla fine dell’800 (in genere i batteri prendono il nome dal loro scopritore, dal luogo geografico in cui sono stati isolati per la prima volta o dal nome del primo paziente o dalla sorgente animale da cui sono stati isolati). Si chiama Escherichia coli (o inizialmente Bacterium coli) in quanto sta ad evidenziare la sede in cui si trova, ovvero l’intestino, che rappresenta il suo habitat naturale (sia nell’uomo che negli animali) dove risiede come commensale (in altri distretti si comporta da patogeno opportunista). Per ragioni diverse, tra cui la diminuzione della resistenza del sistema immunitario, può essere virulentato. Il coli è l’unica specie del genere Escherichia e viene classificato in base alle caratteristiche dell’antigene O, dell’antigene K, dell’antigene H e delle fimbrie.

Nell’ambito di E. coli vi sono dei ceppi uropatogeni e dei ceppi enteritogeni. I ceppi uropatogeni causano infezioni delle vie urinarie e devono il loro potere patogeno alla capacità di produrre delle emolisine, alla presenza del fattore CNF-1 (fattore citotossico necrotizzante); possiedono inoltre particolari fimbrie e curli che conferiscono loro la capacità di adesione alle mucose delle vie urinarie, che costituiscono un passaggio essenziale all’instaurarsi dell’infezione. I ceppi enteritogeni causano enteriti. Nell’ambito di tali ceppi si ha un’ulteriore suddivisione che comprende i ceppi diarrogenici, di cui si hanno i seguenti raggruppamenti:

• Enteropatogeni (EPEC);
• Enteroinvasivi (EIEC);
• Enterotossigenici (ETEC);
• Enteroemorragici (EHEC);
• Enteroaggregativi (EAEC).

Il terreno rappresentato in figura è il MacConkey agar, che contiene come carboidrato fermentabile il lattosio, contiene cristal-violetto (primo colorante utilizzato nella colorazione di Gram, con funzione inibente, coadiuvata dalla presenza di Sali biliari), un indicatore di pH (rosso neutro). In questo terreno, quando il microrganismo utilizza il lattosio, l’ambiente si acidifica; precipitano i sali biliari e la colonia assume il colore dell’indicatore, che vira al rosso. Quindi, le colonie di E. coli, che utilizzano il lattosio, appariranno di colore rosa.

Ceppi EPEC: Entero Pathogene Escherichia coli

• Causano infezioni caratterizzate da febbre, malessere, vomito e diarrea con muco.
• Causano una forma grave di enterite nei bambini, specie nella prima infanzia, nei quali, soprattutto se appartenenti ad aree geografiche povere e sottosviluppate, gli episodi diarroici possono protrarsi per oltre 15 giorni; il danno può quindi risultare letale se non vi è reidratazione.
• Non producono enterotossine.
• Possiedono un fattore di adesività localizzata che determina la distruzione dei microvilli (EAF: Epec Adherence Factor, proteina di 94 kDa codificata da un plasmide).

Ceppi EIEC: Entero Invasive Escherichia coli

• Causano infezioni caratterizzate da febbre, forti dolori addominali, malessere, diarrea prima acquosa, poi sanguinolenta.
• Hanno capacità di penetrare e moltiplicarsi nelle cellule epiteliali del colon distruggendole e desquamando la mucosa.
• Possiedono inoltre un fattore detto Inv (sta per invasività), la cui presenza è legata a quella di proteine codificate da plasmidi, localizzate nella membrana esterna.

Ceppi enterotossigenici: Entero Toxigenic Escherichia coli

• Sono responsabili di diarrea in bambini (specie nella prima infanzia, in aree geografiche a rischio) ma anche negli adulti (in cui provocano la cosiddetta diarrea del viaggiatore, sempre in aree a rischio).
• L’infezione è caratterizzata da diarrea acquosa, nausea, crampi addominali, moderato rialzo febbrile.
• Producono una LT termolabile o una ST termostabile o entrambe:
  • LT termolabile: ha somiglianze con la tossina colerica e stimola la produzione di adenilato ciclasi, che provoca l’accumulo di AMP ciclico nelle cellule dell’intestino tenue e forte secrezione di liquidi ed elettroliti nel lume intestinale.
  • ST termostabile: ha meccanismo d’azione non esattamente conosciuto, si pensa che stimoli la guanilato ciclasi, poiché si tratta di un piccolo peptide di 18-19 aa che si lega al recettore esterno della guanilato ciclasi, causando aumento del GMP ciclico.

Meccanismo d’azione della LT termolabile. La LT termolabile risulta composta da due subunità, A e B. Attraverso la subunità B si lega al recettore di membrana, che è un ganglioside, mentre la subunità A viene internalizzata dalla cellula. La subunità A, a sua volta, è composta da due subunità, A1 e A2, tenute insieme da un ponte disolfuro che viene scisso. Dalla scissione, la subunità A1 (enzimaticamente attiva) va a scindere l’NAD in nicotinammide e ADP ribosio, che va a ribosilare la subunità α della proteina G stimolatoria. La ribosilazione attiva quindi l’adenilato ciclasi, che risulta continuamente stimolata, con una forte secrezione di acqua ed elettroliti.

Meccanismo d’azione della ST termostabile. La ST termostabile si lega al recettore esterno della guanilato ciclasi e incrementa la produzione del GMP ciclico. Entrambe le tossine (LT ed ST) sono poco diffusibili; quindi, per poter provocare il danno, c’è la necessità che il batterio aderisca a