Infermieristica- Microbiologia generale e clinica

MICROBIOLOGIA GENERALE E CLINICA – MARANGONI (2CFU)

È la scienza che studia i microrganismi.

Gli agenti infettivi possono essere diversi tra loro e vi sono agenti patogeni visibili come alcuni vermi

passando ai microrganismi come protozoi e batteri, visualizzati al microscopio ottico e i virus visibili colo

con il microscopio elettronico.

Vi sono:

• Procarioti: di cui fanno parte i batteri, composti da un nucleo primitivo ad estrema essenzialità di

strutture cellulari, senza membrana nucleare

• Eucarioti: di cui fanno parte Miceti (uni o pluri cellulari con una spessa parete), protozoi

(unicellulari senza parete) ed Eelmiti (pluricellulari con organi distinti)

• Struttura acellulare: virus e prioni (proteine con una struttura diversa da una proteina che

normalmente dovrebbe essere presente nell’organismo e sono causa di malattie a carico del

sistema nervoso come il morbo della mucca pazza o il Kuru. Mancano di acido nucleico.)

VIRUS

Sono organismi acellulari di piccole dimensioni (20-250 nanometri) e sono parassiti endocellulari obbligati

che quindi dipendono dalla cellula ospite per il metabolismo e la replicazione e si legano alla cellula, per cui

fuori dalla cellula non riescono a replicarsi.

I virus hanno sempre e solo un acido nucleico e quindi o solo DNA o RNA (covid).

Sono racchiusi da un involucro proteico chiamato CAPSIDE (che protegge dall’attacco di enzimi) e a volte è

presente una membrana chiamata ENVELOPE (facilita l’entrata del virione nella cellula ospite) costituita da

lipidi e proteine virali.

L’Acido nucleico + capside + envelope (se c’è) = VIRIONE (Tutta la struttura intera del virus)

Il virione è l’intera particella infettante che si trova all’interno.

Il virus essendo semplice può produrre solo poche proteine e il capside quindi contiene poche proteine e

quest’alternanza di proteine diverse formano alcune asimmetrie sul capside stesso:

• Simmetria icosaedrica, come un pallone da calcio

• Simmetria elicoidale, in cui i capsomeri che formano il capside formano un cilindro cavo dove si

trova l’acido nucleico

• Simmetria

La maggior parte dei virus che interessano l’uomo sono con simmetria icosaedrica o elicoidale. E la

simmetria non dipende dal tipo di acido nucleico. 1

I virus si moltiplicano quando, una volta penetrato nella cellula, si liberano della porzione proteica. Si

moltiplicano attraverso la replicazione separata dei diversi componenti del virione e ogni classe di virus ha

una propria classe di replicazione e vi è una differenza tra i virus a DNA e RNA perché quelle a DNA vanno a

replicarsi nel nucleo della cellula ospite perché hanno bisogno di alcune polimerasi della cellula, a

differenza di quelle a RNA si replicano direttamente nel citoplasma.

Non si ha una replicazione binaria ma una replicazione molto attiva che porta ad un numero elevato di

Virioni e il numero dipende dal tipo di virus e sono uguali al virione di partenza.

La replicazione virale si compone di:

• Adsorbimento: attacco del virus alla membrana plasmatica in cui riconosce un recettore della

cellula ospite

• Penetrazione: per endocitosi (per virus privi di involucro pericapsidico o envelope) o fusione (per

virus provvisti di envelope)

• Esposizione dell’acido nucleico virale

• Sintesi dei componenti virali

• Assemblaggio dei componenti capsidici neosintetizzati: formazione dei virioni

• Liberazione della progenie virale: formazione del pericapside e fuoriuscita del virus neofromato

nella cellula.

I virus vengono classificati in famiglie, sottofamiglie e generi;

Le classi replicative sono il modo migliore per raggrupparli e quindi si suddividono in:

• Classe I a DNA a doppio filamento: che usano un RNA-polimerasi per il processo di trascrizione.

• Classe II a DNA a singolo filamento: viene sintetizzato un filamento complementare (Parvovirus)

• Classe III a RNA a doppio filamento: l’RNA è segmentato a una polimerasi che è presente solo nel

virione per cui nelle cellule umane non vi è un analogo.

• Classe IV RNA a singolo filamento con polarità positva: come il coronavirus che funge

direttamente da messaggero

• Classe V RNA a singolo filamento con polarità negativa: per cui non può fungere da messaggero

ma deve essere trascritto ad opera di una polimerasi presente nel virione

• Classe VI retrovirus: sono virus che possiedono l’enzima retrotrasciptasi che trascrive l’RNA virale

in DNA virale e quindi trova il cui complementare nel nucleo della cellula umana che si duplica e si

trascrive da DNA a RNA grazie alla trascrittasi inversa.

Sono virus di cui non ci si libera perché nelle cellule rimane il DNA del virus, ma si limita la

replicazione nelle cellule, come nel caso del virus dell’HIV. Capita ciò anche nella classe dell’Herpes

virus.

Per avere un farmaco attivo del virus bisogna trovare il processo che va a bloccare la replicazione. 2

BATTERI

Vi sono batteri di varie forme e ciò gli viene conferito dalla composizione del DNA e dunque è una forma

fissa a geneticamente determinata.

Possono essere Cocchi (rotondi), Bacilli (allungati), Spirillo o spirocheta (a spirale) e Vibrioni (forma a

virgola).

I batteri si dispongono i base ai piani dello spazio cellulare e se i batteri si riproducono per un unico piano

di replicazione, si ha una linea retta e quindi nello stesso asse di replicazione. Se invece si duplicano con

diversi assi di duplicazione, formano degli ammassi irregolari:

• Prendono il nome di streptococchi che si replicano su uno stesso asse di replicazione e si

dispongono come le perle di una collana.

• Gli stafilococchi invece si replicano con assi diversi e formano gli ammassi irregolari.

• I diplococchi invece si dispongono a due a due e quindi a coppia

Nel materiale genetico del batterio abbiamo:

• Cromosoma batterico, con filamento di DNA circolare raggomitolato su se stesso e sembra più o

meno una palla. Prende contatto con la membrana cellulare del batterio nel punto di origine

chiamato Ori (e da lì origina per terminare in modo circolare da dove è iniziato)

• Plasmidi: più piccoli del cromosoma e si possono replicare in maniera autonoma rispetto al

cromosoma, posseggono dei geni per la resistenza agli antibiotici, la produzione di tossine ecc. Per

cui non sono mai necessari al batterio ma li favoriscono molto rispetto ad altri batteri senza

plasmidi. Possono esistere varie copie dello stesso plasmide e i plasmidi oltre a venire trasmessi

quando la cellula si riproduce, possono trasmettersi tra batteri vicini nell’ambiente.

Nei batteri vi sono dunque dei frammenti di DNA che si possono spostare all’interno della stessa

cellula batterica e possono passare al plasmide e quindi alle cellule batteriche vicine e queste

sequenze vengono chiamate trasposoni.

Per cui uno streptococco può passare un plasmide di resistenza non solo ad altri streptococchi ma

anche ad altri tipi di batteri.

Il trasferimento batterico si può avere tramite:

• Trasformazione: assunzione die DNA presente in forma solubile nell’ambiente.

• Trasduzione: trasferimento di geni batterici da una cellula ad un’altra tramite virus batterici

(batteriofagi).

• Coniugazione: trasferimento diretto del materiale genetico attraverso un contatto fisico tra cellule

diverse. 3

A seconda delle specie dei batteri, possono esserci delle strutture lunghe per il movimento, chiamati

flagelli, oppure delle strutture più corte chiamati pili o fimbrie che servono a far aderire i batteri alle cellule

dell’ospite.

Il materiale genetico del batterio è molto adattabile e plastico alle variazioni ambientali e sono infatti in

grado di regolare le proteine attive e consiste nell’attivare e nel disattivare i geni che codificano per la

sintesi delle proteine.

Il citoplasma dei batteri si compone di acqua e componenti inorganici (sodio, magnesio…)

La membrana citoplasmatica è simile a quella delle cellule umane.

Diversa è invece la presenza della parete, che invece non c’è nelle cellule umane, e ha una composizione

propria che non ha equivalenza fuori dal mondo batterico. La parete batterica ha una funzione protettiva e

può avere delle caratteristiche diverse a seconda della loro composizione, per cui si dividono in:

• Gram positivi: per cui la parete è data da uno strato molto spesso di peptidoglicano (proprio dei

batteri) ed è data da un’alternanza di zuccheri e forma uno strato spesso della cellula batterica.

Il nome riflette un tipo di colorazione dei batteri

Peptidoglicano molto spessore trattiene il colore.

• Gram negativi: Il peptidoglicano è molto più sottile di circa 40 volte rispetto ai Gram positivi. Si

torva una nuova membrana, chiamata membrana esterna, che ha una struttura simile alla

membrana interna ma vi è la presenza di grosse proteine che formano dei canali per connettere il

batterio con l’ambiente esterno e presenta dei lipopolisaccaridi.

Parete più sottile e non mantiene il colore.

Il colorante penetra nei batteri e si riesce a rendere maggiormente visibile il batterio. Vi sono delle

colorazioni differenziali sulla base della composizione della loro parete, come nel caso della colorazione di

Gram. La colorazione è diversa perché nei batteri Gram negativi si ha una parete che permette, quando lo si

sciacqua con acetone, di togliere il colorante a causa della loro parete sottile, a differenza dei Gram positivi

dove il colorante rimane “intrappolato” nel batterio e non si riesce a toglierlo con l’acetone.

BLU/VIOLETTO = GRAM POSITIVI (mantengono il primo colorante)

ROSSI = GRAM NEGATIVI (gram negativi, per cui la parete troppo sottile non mantiene il colorante)

Il fatto che i batteri rispondano diversamente alla colorazione, fa si che alcuni possono essere trattati con

antibiotici che magari sono inefficaci contro atri batteri per la diversità della parete

Non tutti i batteri si colorano con la colorazione di Gram, come nel caso dei Micobatteri, per cui bisogna

fere una colorazione molto particolare per cui dopo un primo colorante rosso, viene messa una miscela di

alcol. Solo questo tipo di batteri riesce a mantenere il primo tipo di colorante rosso perché ha una parete

spessa con acidi grassi che fanno si che neanche l’alcol riesca a toglierlo. Per cui i Micobatteri sono molto 4

resistenti e impermeabili a molti agenti chimici e fisi, ai disinfettanti e gli antibiotici. Viene dunque utilizzata

un’altra colorazione chiamata di Ziehl-Neelsen.

Alcuni batteri Gram positivi o negativi possono avere una capsula formata da polisaccaridi, e permette di

evitare la fagocitosi, per cui non viene fagocitato dai macrofagi umani e la capsula inoltre fa sì che possa

aderire maggiormente alle strutture umane e hanno un ruolo importante nella patologia umana. Può

inoltre partecipare alla formazione del Biofilm.

Un esempio è lo streptococco mutans.

Un'altra caratteristica che permette di classificare i batteri sono l’uso di ossigeno o meno:

• I batteri che hanno bisogno di ossigeno sono aerobi

• i batteri che possono utilizzare ossigeno o altri composti come l’azoto sono aerobi anaerobi

facoltativi e possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno

• i batteri che non tollerano la presenza di ossigeno e che hanno bisogno di anidride carbonica o

azoto sono gli anaerobi costretti

I batteri si riproducono per scissione binaria per cui le cellule figlie sono uguali tra loro per cui la prima fase

è quella di duplicazione del cromosoma batterico e dei plasmidi. Si succede a questa l’accrescimento delle

membrane, l’allontanamento delle strutture cromosomiche, la separazione delle cellule figlie e infine il

distacco delle cellule.

Se si vuole rappresentare con un grafico la riproduzione cinetica si evince che vi sono dei batteri con un

tempo di riproduzione rapido come nel caso dell’escherichia coli, invece i batteri più lenti sono i

micobatteri che impiegano più di 24h.

A prescindere dal tempo comunque in ogni caso la progressione del tempo viene raffigurato con un grafico

con una fase di latenza, in cui ci si prepara per la duplicazione, dopo di che vi è una fase esponenziale dove

si continuano a duplicare nel tempo; la terza fase è stazionaria per cui vi è un bilanciamento tra i batteri

duplicati e quelli che invecchiando vanno a morire. La quarta fase è una fase di morte per cui le cellule

invecchiate vanno a morire.

Ciò accade se non si dà ai batteri un terreno di crescita e quindi nutrimenti, se invece si danno dei

nutrimenti, i batteri possono replicarsi fino all’infinito ma non arrivano mai a questo punto perché saranno

più quelli che muoiono piuttosto che quelli duplicati ma ciò in natura non esiste perché nell’uomo di

formano le difese immunitarie. È possibile solo in laboratorio, anche se vi sono delle eccezioni.

Un terreno di coltura deve avere tutta quella serie di nutrimenti in grado di far crescere i batteri e varia in

base al tipo di specie batterica. 5

I TIPI DI TERRENI principali in cui vengono coltivati sono:

• Terreni liquidi, ovvero una consistenza liquida come il brodo, per cui quando stanno crescendo dei

batteri il brodo da limpido appare torbido. Più elevata è la crescita batterica, più è torbido il

liquido. è poco utilizzato perché non è molto specifico.

• Terreni solidi, ovvero sempre un brodo a cui è stato aggiunto dell’agar, alternativa alla colla di

pesce, ed è un polisaccaride estratto dalle alghe e viene aggiunto quando il terreno ha una

temperatura ai 70°, se si scende intorno ai 40° o a temperatura ambiente il terreno diventa solido.

Il terreno solido permette di essere trasportato facilmente e non è altro che il terreno liquido con

l’aggiunta di agar. I terreni solidi consentono la crescita dei batteri in colonie isolate, ovvero un

insieme di batteri che derivano da un unico batterio di partenza, per cui se il paziente ha un misto

di batteri di partenza, da ogni singolo batterio si crea una coltura a colonie che saranno diverse le

une dalle altre.

Generalmente le colonie che crescono nell’intestino sono grandi e mucose, mentre il batterio della

meningite fa delle colonie piccole per cui le si possono differenziare.

I terreni utilizzati in laboratorio sono:

• Terreni selettivi, diversi e fanno si che crescano determinati batteri piuttosto che altri, come nel

caso dei che sono dannose per alcuni batteri ma fanno crescere altre.

• Terreni di arricchimento per cui vi è la presenza di sostanze che favoriscono lo sviluppo dei batteri

di interesse.

I fattori che influenzano la crescita dei microrganismi sono:

• Temperatura: come Mesofili ovvero che crescono a 37 gradi e quindi nell’umano

• Ossigeno: aerobi, anaerobi, facoltativi

• Anidride carbonica

• Fattori di accrescimento, per cui alcuni batteri non riescono a sintetizzare alcuni metaboliti che

debbono essere loro forniti

Il BIOFILM è una formazione che si ha a partire dai batteri e viene chiamata anche slime, ha un’origine

polisaccaridica mucosa. I batteri rilasciano questo biofilm che è mucoso e può localizzarsi nella mucosa

respiratoria, fasce muscolari, protesi, valvole cardiache.

I batteri si trovano sotto lo strato di biofilm e ne sono immersi e rallenta la loro crescita. Il biofilm non viene

attraversato da antibiotici (per motivi meccanici, non di immunoresistenza, perché è al di sotto di uno

strato che non è attraversabile) e né da agenti immunitari per cui quest’infezione non può essere debellata

e se ciò succede ad esempio in una protesi, si va a togliere il problema alla radice rimuovendo la protesi. 6

Esistono inoltre dei batteri in grado di produrre una forma di resistenza, ovvero la SPORA, e fa sopravvivere

il batterio a particolari situazioni ambientali sfavorevoli, come i clostridi del tetano e botulino e i bacilli

dell’antrace. Quando si trovano in ambiente sfavorevole, magari con PH acido o poco o troppo ossigeno,

presenza raggi ultravioletti ecc, questo tipo di batteri si mette in una condizione che gli fa annullare il

metabolismo e in questo stato, producendo la spora in poche ore, ed è come se il batterio fosse dormiente.

Quando le condizioni ambientali diventano di nuovo favorevoli, si toglie l’involucro di spora e torna la

normale parete batterica per cui i batteri riprendono il loro normale metabolismo.

Resistono anche agli antibiotici

Il clostridio del tetano, ad esempio, una volta che si viene punti da un oggetto contaminato, trovano

condizioni favorevoli nell’organismo, può riprodursi e vivere.

Bisogna che non vi siano delle contaminazioni di spore negli strumenti utilizzati in ambienti medici o

chirurgici o la presenza del botulino nelle conserve.

DIAGNOSI DI INFEZIONE

I campioni devono essere correttamente prelevati e ben conservati e a seconda del tipo di infezione

(urinaria o intestinale o sistemica) bisogna fare l’apposito prelievo di urine, feci o sangue.

Deve essere adeguato anche l’orario del prelievo, che ad esempio per un’emocultura, va fatto durante il

picco febbrile e che non sia sotto antibiotico o lontano dalla somministrazione.

Nell’organismo delle zone che vanno considerate sterili sono sangue, liquor cefalo rachidiano, tessuti

profondi e vie respiratorie inferiori che normalmente dovrebbero essere liberi da contaminazioni. Zone

come la bocca, il sangue, cute, tratto gastro-intestinale o tratto genitale sono considerate zone con una

popolazione microbica residente.

Bisogna cercare di non mischiare dunque i prelievi della cute con quelli del sangue per cui bisogna prima

completare un’asepsi della cute, prima di effettuare il prelievo perché se non si è disinfettato

correttamente, durante il prelievo nell’emocultura ci saranno anche dei batteri cutanei. Anche l’escherichia

coli può essere presente a livello cutaneo.

Vi sono due STRATEGIE DI PRELIEVO:

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