Microbiologia - Batteri

Batteri sporigeni di rilevanza medica

Clostridium

Clostridium sono bacilli Gram +, anaerobi, capaci di ridurre i solfati a solfiti; ubiqui (H2O, suolo, TGE di uomo/animali); nel 191S: la maggior parte è saprofita, alcune patogene per la produzione di tossine (istolitiche, entero/neuro: tox). Causano infezione in seguito a:

• Introduzione nei tessuti profondi;
• Ingestione di alimenti contaminati.

C. Tetani

C. Tetani è di grandi dimensioni (0,2-2x2-18 mm), dotato di flagelli; difficile da coltivare e identificare (data la sensibilità alla tossina dell’O2) e produce endospore terminali, rotondeggianti e deformanti lo sporangio (→ aspetto “a bacchetta di tamburo”); non è invasivo → l’infezione resta localizzata nella sede di inoculo delle spore (lesione di continuo contaminata da detriti/materiale terroso) → le spore germinano dando luogo alle forme vegetative che producono la tossina = tetanospasmina (evento favorevole è la presenza di tessuto necrotico e batteri piogeni).

Produce due tossine:

• Tetanolisina → emolisina (correlata a streptolisina O), O2 labile, dal significato clinico sconosciuto;
• Tetanospasmina → neurotossina codificata da un plasmide, calore labile.

Effetti della tetanospasmina:

• Contrazione simultanea dei muscoli agonisti/antagonisti = spasmi = paralisi spastica;
• Aumento del volume del motoneurone alpha → rigidità;
• Aumento attività dei neuroni pregangliari simpatici → instabilità termica/altri fenomeni adrenergici;
• Non ha effetti sul sistema sensitivo e sullo stato di coscienza.

Manifestazioni cliniche

• I sintomi possono apparire da pochi giorni a diverse settimane dopo che i batteri penetrano attraverso la ferita;
• La durata del periodo di incubazione è essenziale per stabilire la prognosi della malattia: <9 giorni/periodo tra primo segno e spasmo generalizzato <48 ore → tetano grave.

Tetano generalizzato

È la forma più frequente (PI 7-14 giorni); rigidità/spasmi interessano tutto il corpo: iniziano dal capo e progrediscono verso tronco e arti (colpiti prima i muscoli che hanno le vie nervose piu corte), col corpo che può contrarsi fino all’opistotono. Sono prima di lieve entità e durata, poi più intensi/frequenti, provocati anche da stimoli lievissimi (ad esempio: rumori, correnti d'aria).

• Tipica è quella della mascella (trisma = mandibola serrata → risus sardonicus);
• L’interessamento dei muscoli respiratori/laringospasmo porta a dispnea, asfissia, coma.

Tetano localizzato

La malattia rimane confinata alla muscolatura nel sito primario di infezione → in pazienti con immunità parziale o quando la quantità di tetanospasmina è così piccola da essere trasportata solo attraverso le vie nervose regionali.

Tetano cefalico

In seguito ad una ferita alla testa e collo oppure per una sovra-infezione di lesioni dentarie, nasali o dell'orecchio → coinvolgimento dei nervi cranici, soprattutto nell’area del facciale, con prognosi infausta.

Tetano neonatale

Origina da recisione del cordone ombelicale con strumenti non sterilizzati/grave nei bambini le cui madri non sono immuni → compare tra il 3°/10° giorno: pianto, trisma, spasmi generalizzati.

Diagnosi

• Soprattutto clinica. Può aiutare lo spatola test = stimolazione della faringe con una spatola provoca un intenso spasmo che porta il paziente a morderla.
• Osservazione al microscopio/isolamento positivi solo nel 30% (pochi batteri facilmente uccisi dall’O2 dell’aria).

Terapia

• Bonifica della ferita mediante rimozione chirurgica del tessuto necrotico;
• Controllo degli spasmi muscolari con farmaci agonisti GABAergici (esempio: benzodiazepine) → se non sufficiente: sedazione più profonda e/o addirittura paralisi muscolare (curarizzazione);
• Terapia antibiotica con metronidazolo per eliminare le forme vegetative (anche la penicillina ha buona attività ma inibisce l’attività dei GABA);
• Neutralizzazione della tossina libera, tissutale, circolante per somministrazione di immunoglobuline specifiche antitetaniche;
• Profilassi: vaccinazione con tossoide tetanica in combinazione con tossoide difterico e vaccino per la pertosse (DPT): 3°, 5°, 12° mese + richiamo in età scolare e ogni 10 anni (consigliato alle gestanti tra 5°-8° mese di gravidanza per prevenire il tetano neonatale → immunità passiva al feto).

C. Botulinum

Cresce in un ampio intervallo di temperatura (5 -55°C) e di pH (5-8); sono descritte 7 tossine botuliniche (A-G) → la malattia nell’uomo è correlata ai tipi A, B, E, F; la tossina botulinica è costituita da:

• Subunità A → neurotossina;
• Subunità B → non neurotossica, protegge da inattivazione nello stomaco (infatti è distrutta da ebollizione per 10 minuti, ma non dai succhi gastrici).

B mostra specificità per SV2 delle terminazioni nervose colinergiche → endocitosi → fuoriuscita di A nel citoplasma → rottura della proteina SNARE SNAP25 → nessun rilascio di ACh = blocco trasmissione nervosa → paralisi flaccida.

Botulinismo alimentare

È un’intossicazione, da ingestione di cibi contaminati da tossina. Gli alimenti più a rischio sono:

• Carni conservate non cotte;
• Conserve impropriamente sterilizzate.

Condizioni favorevoli per la moltiplicazione batterica/produzione di tossina sono: assenza di aria; temperatura/pH ottimali; concentrazione di NaCl <7-8%; assenza di nitrati. Grave (60% di mortalità) → la tossina è assorbita dall’intestino, diffonde per via ematica e - la trasmissione del potenziale d’azione → paralisi flaccida che inizia a livello dei muscoli oculari e porta a morte per paralisi dei muscoli respiratori/arresto cardiaco.

Segni caratteristici: “4d”: diplopia, disartria, disfonia, disfagia.

Diagnosi: ricerca della tossina in alimenti, siero, feci del paziente.

Terapia: somministrazione dell’antitossina botulinica (trivalente contro A, B, E); eliminazione della tossina non ancora assorbita alla lavanda gastrica/assistenza respiratoria.

Clostridium perfringens

Esistono 5 tipi (A-E. A responsabile della maggior parte delle patologie umane), in base alla produzione di tossine (α, β, ε, ι) → tutte producono α; B → anche β e ε; C → anche β; D → anche ε; E → anche ι.

È l’agente eziologico di:

• Tipo A → infezioni dei tessuti molli (cellulite e fascite), mionecrosi, intossicazione alimentare;
• Tipo C → enterite necrotizzante;
• Setticemia.

Fattori di virulenza:

• α → lecitinasi → lisi di globuli rossi, leucociti e piastrine/aumento della permeabilità endoteliale (→ edema tipico gangrena);
• β → necrotizzante; ε → aumento della permeabilità della parete intestinale; ι → necrotica; Enterotossina → cito/entero-tossina;
• Tossine minori → δ/θ → emolitica; κ → collagenasi; λ → proteasi; μ → ialuronidasi.

Numerose specie possono infettare ferite sia accidentali che chirurgiche → 2 forme (PI 4h-20 giorni, media 4 giorni):

• Cellulite anaerobica → non interessa i muscoli ma solo il connettivo (→ meno aggressiva della mionecrosi ma può moltiplicarsi attraverso i piani fasciali (→ fascite);
• Mionecrosi = gangrena gassosa → infezione rapidamente progressiva e invasiva, caratterizzata da necrosi colliquativa del tessuto muscolare e formazione di gas nei tessuti (→ caratteristico crepitio, da attività metabolica batterica) → sintomi tossici generalizzati, shock e morte.

Tossinfezione alimentare

Deriva dall’ingestione di prodotti a base di carne contaminati da un numero elevato di C. Perfringens di tipo A (→ produttori di enterotossina (→ infatto: le spore sopravvivono alla bollitura e danno origine a forme vegetative che producono tossina → formazione di complesso con claudina 3-4 negli enterociti → pori di membrana);

Periodo di incubazione: 8-24 ore, sintomatologia autolimitante: crampi addominali, diarrea, nausea, vomito.

Enterite necrotizzante (pig-bel)

È causata dal tipo C (→ tossina β) → necrosi intestinale acuta, ulcerazione del tenue e peritonite, mortalità 50%;

Fattori di rischio: ingestione di cibi ad alta carica microbica; malnutrizione (→ ridotta produzione di tripsina causa la mancata neutralizzazione della tossina → esempio: Nuova Guinea, in diete ricche di patate dolci che la inibiscono).

Diagnosi → microscopica; agar al rosso d’uovo → α idrolizza i fosfolipidi del siero e del rosso d’uovo → alone opaco.

Terapia:

• Cellulite anaerobica → antibiotici e medicazione ferita con drenaggi/indispensabile siero immune polivalente;
• Mionecrosi → oltre ad antibiotici e medicazione: immissione dell’arto in gangrena nella camera iperbarica; immissione nel focolaio di sostanze ossidanti (perossido di zinco, permanganato di potassio); amputazione ampia dell’arto nella speranza di terminare assorbimento tossina e dilagare del processo.

Clostridium difficile

C. difficile è causa di infezioni:

• Endogene → fa parte della normale flora intestinale in alcuni individui sani (5% - 30%) → il trattamento con antibiotici causa la sovra-crescita della flora;
• Esogene → trasmissione oro-fecale, da persona a persona (frequente negli ospedali): spore difficili da distruggere → contaminazione dell’ambiente → epidemie nosocomiali.

Possono comparire ceppi altamente virulenti (ribotipo 027, 078) → producono più spore (→ 23 volte più tossine A, B, CDT). È possibile un ruolo dei sali biliari (distruzione flora → ridotta trasformazione di colati in deossicolati che inibiscono la germinazione).

Fattori di virulenza:

• Tossina A (enterotossina)/B (citotossina) → glicosilano le Rho GTPasi (Rho, Rac, Cdc42) → nessuna interazione con i recettori → rimangono a livello della membrana cellulare:
• Tossina A → ipersecrezione di liquidi e necrosi emorragica (è chemotattica → vi contribuiscono anche i neutrofili);
• Tossina B → depolimerizza l’actina → perdita del citoscheletro.

CDT → blocca la polimerizzazione dell’actina e induce la formazione di microtubuli che aumentano l’aderenza del C. difficile all’epitelio intestinale.

Nella colite pseudomembranosa l’accumulo di mucina, fibrina e neutrofili causa la formazione di pseudomembrane giallastre.

Diagnosi:

• Isolamento in anaerobiosi sul terreno S/D CCFA: Cicloserina → inibisce i Gram -; Cefoxitina → inibisce Gram -/+; Fermentazione F → viraggio dell’indicatore di pH da rosso a giallo. Colonie gialle a vetro smerigliato;
• Altri terreni: Sali biliari → favoriscono la germinazione; Sangue di cavallo → Ottimizza la fluorescenza con UV;
• Ricerca tossine nelle feci → EIA; Citotossicità in vivo su colture cellulari e con anticorpi neutralizzanti;
• Determinazione tossine in PCR/Tipizzazione con PCR ribotyping (comparazione dei frammenti di DNA tra i geni per 16s e 23s rRNA).

Terapia:

• Interruzione della terapia antibiotica/uso di metronidazolo e vancomicina. Recidive nel 20-30% dei pazienti perché le spore sono resistenti agli antibiotici (→ ripetere il trattamento);
• Colectomia nelle forme cliniche più severe (fulminanti) → alta mortalità;
• Immunoterapia/Anticorpi antitossina/Ripristino flora microbica intestinale: probiotici; trasferimento microbioma fecale.

Bacillus

Bacillus sono bacilli Gram +, aerobi, di grandi dimensioni (1-3x5µm) e per la maggior parte mesofile (temperatura ottimale 30°-45°C); nel 51S, la maggior parte non patogene per l’uomo. Alcune utili in medicina → produttori di antibiotici (bacitracina, polimixina); agricoltura (insetticidi).

Bacillus anthracis

Bacillus anthracis causa il carbonchio. Colpisce soprattutto gli erbivori (pecore, bovini ed equini), e si trasmette all’uomo per contatto con animali infetti o loro prodotti a livello di cute abrasa (→ cutaneo); inalazione di spore ambientali (→ da inalazione); ingestione di carni poco cotte di animali infetti (→ gastrointestinale).

Fattori di virulenza:

• TMF (codificata dal plasmide pXO1) → 3 proteine: AP → lega i recettori cellulari; FL → proteasi Zn-dipendente che taglia MAP → lisi cellulare; FE → attività adenilato ciclasi → edema;
• C (codificata dal plasmide pXO2) → acido glutammico con attività antifagocitaria.

Si manifesta in una forma:

• Cutanea → Papula non dolente nel sito di inoculazione → ulcera → escara necrotica/edema da FE. Mortalità: 10-20% senza trattamento/1% con antibiotici;
• Da inalazione:
• Sintomatologia simil-influenzale → Progressione rapida con diffuso coinvolgimento dei polmoni fino all’arresto respiratorio. Mortalità: 97% senza trattamento; 40% con trattamento;
• Le spore invadono l’epitelio direttamente o sono fagocitate dai macrofagi alveolari → nei linfonodi mediastinici germinano producendo le tossine → batteriemia → lesioni endoteliali da tossine.
• Gastrointestinale → carbonchio: Addominale → ulcere ed edema a livello di cieco e colon. Sintomi: nausea, vomito, dolori addominali, diarrea sanguinolenta; Orofaringeo → edema e necrosi a livello di mucosa orofaringea, palato; linfoadenopatia regionale, edema, sepsi. Mortalità: 40% con trattamento.

Presente nei Paesi in via di sviluppo, esempio: Uganda → in 143 persone dopo aver mangiato carne di Zebù.

Diagnosi:

• Numero elevato di batteri in ferite, linfonodi e sangue;
• I batteri sono evidenziabili nel sangue/le spore non nei campioni clinici (solo in coltura a basse CO2) → Agar sangue di pecora: colonie “caput medusae”: grandi, margini irregolari, appiccicose, non emolitiche (a differenza di Bacillus cereus).

Terapia:

• Somministrazione tempestiva di penicillina;
• Eliminazione delle carcasse animali per incenerimento o seppellimento;
• Vaccinazione:
• Delle mandrie nelle zone endemiche → vaccino attenuato C-/Tossina+;
• Delle persone che lavorano con prodotti animali importati da zone endemiche → Vaccino acellulare, filtrato di colture di ceppo non virulento (AP).

Bacillus cereus

Bacillus cereus infezioni oculari → per introduzione post-traumatica negli occhi. Tre tossine: Necrotica (enterotossina labile al calore); Cereolisina (emolisina); Lecitinasi.

Terapia medica/chirurgica:

• Drenaggio del pus → riduzione della pressione oculare;
• Antibiotici nel vitreo → vancomicina, ciprofloxacina (è resistente alle penicilline).

Inoltre Bacillus cereus e Subtilis possono colonizzare la pelle in modo passeggero; in portatori di catetere venoso/shunt/utilizzatori di droghe per via endovenosa causare infezioni generalizzate (endocarditi, polmoniti, meningiti).

Diagnosi → Isolamento da campioni clinici o cibi su agar sangue o PEMBA → provocano emolisi, idrolizzano la lecitina, non fermentano il mannitolo.

Bacillus thuringiensis

Corinebatteri sono batteri Gram +, aerobi, a forma di clava; se provenienti da terreno liquido, al microscopio possono assumere disposizione a lettere cinesi (GL prt/FC); caratteristica è la presenza di granuli metacromatici (di Babes-Ernst) = accumulo di nutrienti (polimeri di metafosfati) che assumono un colore diverso da quello somministrato → esempio: colorazione di Albert (blu di toluidina + verde malachite) → granuli neri; Ubiquitari negli animali, nell’uomo colonizzano: Vie respiratorie; Tratto gastrointestinale/genitourinario, Cute.

C. Diphteriae

Difterite respiratoria

Trasmissione interumana via secrezioni respiratorie → si localizza sulla superficie delle mucose: nasale, faringea, laringea, e aderisce al recettore HB-EGFR/non disseminazione sistemica batterica.

Produzione tossina → avviene quando C. diphteriae è infettato da un fago lisogeno che contiene il gene tossina;

Regolazione tossina → dipende dal gene B DtxR e dalla concentrazione di ferro ambientale (in modo inversamente proporzionale) → infatto: Dtxr è un repressore di tossina: in presenza di ferro si lega all’operatore e ne previene la produzione.

Effetti della tossina difterica:

• Locali → le cellule epiteliali sono uccise dalla tossina/l’infiammazione richiama PMN → pseudomembrane (=fibrina + cellule morte + GR + batteri) adese ai tessuti sottostanti (arco palatino-tonsille): se è interessato il laringe si ha croup (sindrome da soffocamento per occlusione della rima respiratoria → tracheotomia d’urgenza). Sintomi: Periodo disfonico, dispnoico, asfittico e linfoadenopatia laterocervicale (collo taurino);
• Complicazioni → miocarditi, neuriti e complicazioni respiratorie (mortalità 5-10%).

Difterite cutanea

È più frequente nei climi tropicali, in condizioni di scarsa igiene e sovraffollamento;

Si trasmette per contatto con persone infette: il batterio colonizza la pelle → Papula, ulcera cronica con pseudomembrane, e segni sistemici dovuti all’effetto della tossina.

Diagnosi → a partire da tamponi da pseudomembrane (da nasofaringe e gola).

Microscopio: colorazione di Albert → disposizione tipica/granuli di Babes Ernst; Gram → poco sensibile;

Colturale:

• Terreni non selettivi (esempio: agar sangue);
• Terreni selettivi:
• Terreno di Loffler (con siero di vitello coagulato) → favorisce la formazione dei granuli;
• Agar sangue tellurito di K → i Corinebatteri lo metabolizzano riducendolo a metallo (tellurio), la cui precipitazione conferisce una colorazione grigio-nerastra alle colonie;
• 2 + Cys = Tinsdale Agar → Differenzia C. diphtheriae dai pseudodifterici che si trovano nelle vie aeree → infatto: C. diphtheriae produce colonie nere circondate da alone marrone/nero dovuto alla produzione di H2S dalla Cys, che interagisce con il tellurito.

Identificazione biochimica: Destrosio/maltosio +; Fosfatasi/ureasi -;

Saggio di tossina in vivo = Test di Elek (saggio di immunodiffusione in agar): Striscia di carta da filtro imbibita di antitossina difterica → l’antitossina diffonde dalla carta da filtro e reagisce con la tossina prodotta dai batteri → Precipitato con comparsa di linee bianche di precipitazione.