Microbiologia

11-10 Il patogeno e la malattia

infettiva

Scienza che studia le forme di vita microscopiche:

Batteriologia (Procarioti: Batteri, Archea)

– Protozoologia (Protozoi)

– Micologia (Lieviti, Muffe)

– Virologia (Virus)

–

I procarioti costituiscono la maggior quota di biomassa terrestre: la maggior

parte degli organismi viventi sulla terra (sia in numero assoluto sia come numero di

specie) sono unicellulari.

INFATTI: 30

Il numero totale di procarioti sulla Terra, è dell’ordine di 5 x 10 cellule.

 12

In un grammo di terra ci possono essere anche 10 microrganismi.

 In un cm quadrato di pelle circa 100-1000 microrganismi e nella testa sono

 presenti in maggiore numero.

L’uomo è costantemente sottoposto al contatto con i microrganismi

In uno studio condotto nel 2006 è stato visto che sono circa 1407 le specie catalogate

come potenzialmente in grado di dare infezioni nell’uomo.

Riflettiamo sul fatto che: Il numero di microrganismi patogeni è estremamente esiguo

rispetto alla biomassa dei microrgamismi presente sulla Terra.

Perché i microrganismi sono così abbondanti sulla Terra? per il loro RUOLO



BIOLOGICO = DECOMPOSIZIONE.

“Polvere eri e polvere ritornerai”

Qualsiasi sistema vivente prende energia e materia dall’ambiente e le trasforma in

cellule. Tale processo non può andare avanti all’infinito perché le risorse utilizzate si

esaurirebbero. La disponibilità non infinita delle risorse è risolta con il «tornar

polvere»: morte e riciclo della materia di cui un organismo è composto.

I microrganismi svolgono un ruolo predominante e insostituibile in questa

operazione indispensabile affinché la vita continui.

Perché la maggior parte dei microrganismi sulla Terra non è patogena?

Perché noi abbiamo un sistema immunitario che ci protegge dai microrganismi.

Strategie evolute dall’uomo per prevenire l’ingresso dei microrganismi nei

tessuti interni:

OSPITE 1

Difese primarie (cute, microbiota barriera di microrganismi che circonda le

 

nostre mucose)

Difese secondarie (risposta immunitaria che può essere di tipo specifico o

 aspecifico)

SOMMARIO

L’uomo ha sviluppato una serie di strategie per difendersi dall’invasione da parte dei

microrganismi presenti nell’ambiente:

barriere fisiche (cute, microbiota)

 lisozima

 sistema immunitario: (immunità aspecifica e specifica)



Ma chi è il patogeno? Qualsiasi agente biologico in grado di causare malattia perché

ha selezionato delle strategie per superare le barriere di difesa dell’ospite.

Tuttavia, bisogna tenere in considerazione il fatto che esistono microrganismi a

patogenicità bilanciata quali:

Streptococcus pneumoniae (agente eziologico della polmonite) colonizza circa il

 10% degli adulti e il 60% dei bambini (questo batterio può entrare nel circolo

sanguigno e causare meningite).

Neisseria meningitidis (agente eziologico della meningite) habitat: gola

 dell’uomo, si trova nel 20-30% degli individui sani.

Haemophylus influenzae (può causare anche meningite) circa il 50% degli

 individui sani è colonizzato.

La particolarità di questi patogeni è che l’uomo è l’unico ospite naturale. Solo

occasionalmente danno origine a patologie di notevole gravità.

Rapporti micro/macrorganismo

Molti microrganismi spesso sono definiti a patogenicità bilanciata perché esprimono

il loro potenziale patogeno solo in condizioni particolari (es: mancata stimolazione di

un’appropriata risposta di difesa) esiste un equilibrio tra il nostro sistema



immunitario e questi batteri che permette loro di colonizzare distretti del nostro

organismo senza darci malattia o darcela eventualmente. Quindi nel rapporto

micro/macrorganismo si stabilisce un bilanciamento tra le capacità aggressive

dell’uno e quelle difensive dell’altro che portano a situazioni favorevoli per uno

dei due o per entrambi.

Per quanto riguarda le diverse tipologie di rapporto che esistono tra micro e

macrorganismi si parla di:

SIMBIONTI stabiliscono con l’organismo superiore un rapporto di reciproco

• vantaggio (microbiota per esempio la flora endogena intestinale: occupazione

di spazi biologici > dispositivo di difesa contro l’impianto di patogeni;

produzione di vitamina K).

COMMENSALI si impiantano e si moltiplicano senza apparente beneficio per

• Staphylococcus epidemidis

l’organismo superiore (es. a livello cutaneo). 2

PATOGENI stabiliscono un rapporto a proprio vantaggio, con danno

• dell’organismo superiore (ma non si verifica ogni volta che un patogeno entra in

contatto con un organismo ospite).

SOMMARIO

I PATOGENI stabiliscono un rapporto a proprio vantaggio, con danno

dell’organismo superiore.

Molti patogeni sono definiti a patogenicità bilanciata perché esprimono il loro

potenziale patogeno solo in condizioni particolari (es: mancata stimolazione di

un’appropriata risposta di difesa).

«Strategia» evoluta per la propagazione e il mantenimento della specie.

Che cos’è una malattia infettiva? Si intende un mutamento rispetto ad uno stato di

salute in cui parte o tutto il corpo dell’ospite non è più in grado di svolgere le sue

normali funzioni a causa della presenza di un microrganismo o dei suoi

prodotti. Quindi è un’alterazione del nostro stato fisiologico dovuta alla presenza di

un microrganismo patogeno.

La malattia infettiva è quindi dovuta a un disequilibrio che si instaura tra l’ospite e il

patogeno e questo disequilibrio può essere dovuto a diversi fattori:

Fattori ospite Maggiore suscettibilità dell’ospite (età, stato di nutrizione,

 

fattori genetici, stato immunitario).

Fattori patogeno Particolari caratteristiche del germe:

 

carica infettante: n° di batteri che sono presenti.

o capacità invasiva: ceppi che possono essere più o meno invasivi (anche

o all’interno della stessa specie) cioè con più o meno successo possono

riuscire a superare le barriere di difesa dell’ospite.

Virulenza

o

Variabili relative al microrganismo che possono determinare una malattia infettiva:

Patogenicità: capacità di un microrganismo di determinare malattia.

 Virulenza: differente grado o intensità della patogenicità. È determinata da

 peculiarità inerenti il patogeno:

invasività (capacità di diffondere nei tessuti adiacenti al sito di infezione

o o in altre aree corporee)

potenziale patogeno (es. tossigenicità)

o

! Patogenicità e virulenza non sono due

sinonimi.

Virulenza

Ceppi differenti della stessa specie di

microrganismo possono presentare un diverso

grado di patogenicità (virulenza). La

virulenza si può quantificare. 3

S. pneumoniae S. typhimurium

Questo grafico ci dice che lo è più virulento della

questo perché possiamo quantificare la virulenza.

La virulenza è espressa come la dose (n° di cellule batteriche) capace di infettare o

uccidere il 50% degli animali inoculati: dose infettante ID o dose letale LD

50 50.

S. pneumoniae

Nel caso di per avere un 50% di topi uccisi bastano 40-50 cellule, nel

S. typhimurium

caso della la dose letale è maggiore perché per avere il 50% di topi

uccisi servono circa 5000 batteri.

SOMMARIO

Tra ospite e microrganismi si possono instaurare diversi tipi di rapporti che

• possono portare anche a reciproci vantaggi.

La malattia infettiva si può instaurare quando vengono meno condizioni di

• equilibrio tra ospite e microrganismi a scapito dell’ospite e a vantaggio del

microrganismo.

La malattia infettiva può dipendere dalle condizioni dell’ospite o dal

• grado di patogenicità del microrganismo che si può quantificare con il

termine di virulenza. 4

18-10

Il patogeno è colui che è riuscito ad evolvere dei sistemi per invadere le difese

immunitarie dell’ospite. Un batterio per instaurare con successo un’infezione deve

riuscire ad evadere le difese dell’ospite.

Meccanismi batterici per evadere dai sistemi di difesa dell’ospite

Resistenza all’immunità innata:

sistema del complemento

 fagocitosi

 sopravvivenza all’interno delle cellule fagocitiche



Evasione delle risposte immunitarie specifiche

umorale

 cellulo-mediata



L’immunità si divide in immunità innata che è pienamente efficace già dalle

primissime fasi dell’infezione ed è un tipo di immunità detta aspecifica.

Successivamente ad un’infezione da parte di un patogeno si sviluppa una risposta

adattativa cioè una risposta immunitaria che è specifica nei confronti di un

determinato patogeno.

Cellule del sistema immunitario

Macrofagi sono cellule adibite alla distruzione del patogeno perché quando il

 patogeno fa il suo ingresso all’interno del macrofago quest’ultimo ha la capacità

di fagocitare il patogeno che viene letteralmente smembrato.

Cellule dendritiche molto importanti per il concetto di presentazione

 dell’antigene.

Mastociti

 Killer

 Granulociti in particolare i neutrofili che intervengono durante il processo di

 infezione batterica.

Il complemento

 5

Questi sono i principali componenti dell’immunità innata.

Vedremo come i vari patogeni hanno sviluppato le loro strategie, caratteristiche,

particolarità per riuscire ad evadere l’azione da parte di questi componenti

dell’immunità innata. Micobacterium tubercolosis

Ci sono batteri come o le salmonelle per esempio che

sopravvivono all’interno del macrofago cioè hanno evoluto sistemi per cui non

vengono uccisi all’interno del macrofago e addirittura ci si replicano.

Le cellule B e le cellule T sono quelle che intervengono nella risposta immunitaria

adattativa cioè quella specifica. Tutte queste cellule presentano dei recettori di

ricognizione sulla loro superficie che riconoscono i componenti microbici quindi esiste

sempre un contatto tra le cellule del sistema immunitario e il patogeno mediante il

riconoscimento di recettori specifici. In seguito a quest’interazione partono dei segnali

che sono quelli che avviano la risposta immunitaria.

I patogeni nel momento in cui fanno ingresso nel nostro corpo innescheranno una

risposta immunitaria che non è totalmente inefficace in quanto una parte dei patogeni

verrà uccisa. Il punto è che questi patogeni hanno sviluppato delle strategie per cui tra

chi sopravvive ci sono quelli che in qualche modo riescono a superare il nostro sistema

immunitario.

Ognuna di queste cellule presenta recettori di ricognizione: legano molecole (es.

prodotti microbici) che innescano la risposta immunitaria mediante la trasmissione di

segnali

PRR (pattern recognition receptors): recettori di ricognizione dell’immunità innata.

I ligandi dei PRR (sostanze microbiche da essi riconosciuti) sono denominati PAMP

(pathogen associated molecular patterns); riconoscimento anche di prodotti di cellule

danneggiate. I PRR sono presenti anche nel citosol e nel plasma (es. complemento).

I PRR si dividono in diversi gruppi funzionali:

PRR che propagano segnali ad altri recettori

 Stimolazione della fagocitosi (recettori fagocitari)

 Citotossicità (recettori sulle cellule NK)

 Produzione di molecole co-stimolatorie (attivazione dei linfociti per la

 risposta adattativa)

Produzione dei mediatori pro-infiammatori



L’interazione dei PRR con i PAMP innesca una trasmissione di segnali che attivano la

risposta infiammatoria e immunitaria specifica.

Infiammazione

Risposta immediata dell’ospite alla presenza di microrganismi o di un danno cellulare

di qualsiasi natura. Significato funzionale: mobilizzazione di molecole e cellule del

sistema di difesa per concentrarle nel sito in cui è stata rilevata una situazione

abnorme vasodilatazione e aumento della permeabilità capillare,



chemiotassi.

Macromolecole che non si trovano nei liquidi interstiziali (complemento,

 immunoglobuline)

Leucociti

 6

Formazione di un essudato ricco di neutrofili affiancati dopo circa 24h da monociti e

linfociti.

Induzione della coagulazione con produzione di fibrina per arrestare il patogeno nel

sito di infezione e quindi favorirne l’eliminazione.

! Il processo infiammatorio è attivato da mediatori.

Mediatori dell’infiammazione:

Citochine pro-infiammatorie (proteine in grado di trasmettere segnali da una

 cellula all’altra attraverso il legame a recettori specifici).

Primarie: indotte precocemente durante l’infezione dopo attivazione dei

o PRR pro-infiammatori (TNFα, IL-1, INF α/β, IL-12, IL-18).

Secondarie: prodotte in seguito a stimolazione da parte delle citochine

o primarie (INFγ, IL-6).

Mediatori lipidici: prostaglandine, leucotrieni, PAF (platlet activating factor).

 Amine biogene: istamina, serotonina (rilasciati soprattutto da mastocoti e

 granulociti basofili in seguito alla degranulazione.

Chinine: mediatori proteici derivanti da precursori (chininogeni) inattivi

 presenti nel plasma. 7

La presentazione dell’antigene

Altro concetto importante è la presentazione dell’antigene da parte del massimo

complesso di istocompatibilità che lasciano esposte sulla superficie e che legano dei

pezzetti del patogeno.

Esistono due sistemi del massimo complesso di istocompatibilità tipo I e tipo II. Il tipo II

è quello che viene espresso sulla superficie delle cosiddette cellule ABC

Si sviluppa la risposta immunitaria adattativa di tipo umorale o di tipo cellula-mediata.

La prima porta alla produzione di anticorpi. 8

Patogenesi delle malattie

batteriche

Il processo di patogenesi batterica si può articolare in sette fasi (per certi versi

sovrapponibili alla patogenesi virale).

1) Mantenimento di un reservoir

2) Trasmissibilità

3) Evasione delle difese primarie presenti nelle porte d’ingresso

4) Colonizzazione

5) Evasione delle difese secondarie

6) Produzione di un danno

7) Abbandono dell’ospite e ritorno al serbatoio o contatto con un nuovo ospite

Mantenimento di un reservoir Uomo, animali, ambiente: possibilità di



moltiplicazione prima e dopo l’infezione di una specie.

S. pneumoniae

Uomo: patogeni come colonizzano la cavità rinofaringea con

• una densità sufficiente da consentire la trasmissibilità, riuscendo così a

persistere; causano malattia quando riescono a raggiungere le vie respiratorie

inferiori con un numero sufficiente.

Animali: serbatoio di molti batteri altamente letali per l’uomo (nell’animale non

• causano patologia); Es: l’agente eziologico della peste colonizza i ratti senza

ucciderli.

! Spesso i serbatoi di natura animale non sono suscettibili alla malattia.

Zoonosi: malattia infettiva che può essere trasmessa dagli animali all'uomo per

contatto diretto con la pelle, peli, sangue, secrezioni, o indirettamente, tramite

insetti vettori (zanzare, pulci) o ingestione di alimenti derivati da animali infetti).

Clostridium

Suolo: serbatoio di molti batteri altamente letali per l’uomo; es:

• tetani, Clostridium botulinum, Bacillus anthracis generano spore che rimangono

vitali nel suolo per molto tempo.

Trasmissibilità Contatto con un ospite in stato vitale.

 9

La trasmissione di una malattia infettiva a partire da una sorgente d’infezione può

avvenire attraverso diverse modalità:

Contatto (rapporti sessuali)

 Ingestione di cibo contaminato

 Vettori (biologici o meccanici)

 Trasmissione aerea



Sorgenti di infezione:

Portatore sano: individuo in cui alberga un patogeno ed è in grado di

 disseminarlo, ma risulta immune alla malattia; non è necessario che la malattia

si sia verificata in precedenza (es: febbre tifoide, gonorrea).

Malato

 Cibi

 Animali

 Ambiente



Il malato è chiaramente una fonte di infezione ma non soltanto nel momento in cui c’è

la malattia ma chi si è ammalato può trasmettere il patogeno anche prima che si

manifesti la malattia durante il cosiddetto processo di incubazione. Si parla quindi di

soggetto precoce soggetto infettato che ospita ed elimina il patogeno prima

 Esempio è l’epatite B,

dell’insorgenza della malattia durante il periodo di incubazione.

una malattia che è facilmente trasmissibile perché ha un periodo di incubazione che

dura anche sei mesi.

Oppure si parla di soggetto convalescente malato guarito che continua ad



eliminare il patogeno per un certo periodo di tempo.

“Malattie a trasmissione aerea”

Influenza, Tbc, meningite, malattie esantematiche (rosolia, morbillo, varicella).

L’agente infettivo è veicolato dall’aria.

Il batterio o virus si trasmette dal soggetto malato o portatore (uomo o animali) che

disperdono il patogeno nell’aria attraverso tosse, starnuti o semplicemente parlando

(secrezioni: naso-faringee, tracheali, bronchiali). Il patogeno viene quindi immesso

nell’aria e può essere contratto. 10

Il patogeno può anche depositarsi su superfici ed essere quindi inclusi in nuclei di

goccioline o in particelle di polvere.

“Malattie a trasmissione oro-fecale”

Avviene attraverso l’ingestione di cibi o bevande contaminate con materiale fecale.

Sono infezioni che si sviluppano a livello dell’intestino.

L’agente infettivo è veicolato dalle f