Microbiologia generale - Appunti

Microbiologia dei procarioti batteri

Classificazione dei batteri

La classificazione dei batteri si basa su diversi criteri:

• Forma delle cellule batteriche
• Temperatura ottimale di crescita
• Colorazione di Gram
• Modalità di respirazione
• Caratteristiche biochimiche
• Mobilità

I batteri sono organismi procarioti.

Forme delle cellule batteriche

Sferici: tali batteri tendono ad aggregarsi, come coccus, diplococcus, tetracoccus, streptococcus e staphylococcus. La nomenclatura segue queste regole: Streptococcus pneumoniae, Sarcina (genere), specie.

Bastoncellari: di forma cilindrica, bacilli se sono corti. Esempio: Bacillus anthracis.

Virgola: si dicono Vibrio. Esempio: Vibrio cholerae, che una volta ingerito con l'acqua va nell'intestino e produce una tossina che porta a diarrea profusa, con perdita di litri di acqua e morte per disidratazione.

Spirillo o spirochete: forma a spirale. Esempio: Treponema pallidum, agente eziologico della sifilide.

Temperatura ottimale di crescita

Psicrofili: crescono a temperature molto basse.

Mesofili: patogeni per l'uomo, si replicano tra 20°C e 40°C.

Termofili: crescono oltre i 100°C, da dove inizia la denaturazione delle molecole.

Colorazione di Gram

Si riferisce all'affinità tintoriale, cioè a quali colori sono affini i batteri. Abbiamo due tipi di coloranti, uno detto "primario" e uno detto di "contrasto". I batteri che trattengono il primario sono detti Gram-positivi, quelli che si colorano con il colore di contrasto sono detti Gram-negativi.

Gram+: appaiono di colore viola-blu.

Gram-: appaiono di colore rosa-pallido.

Modalità di respirazione

Batteri aerobi obbligati: organismi che ricavano energia da reazioni metaboliche che richiedono presenza di ossigeno. Metabolismo ossidativo, l'ossigeno è l'accettore degli elettroni alla fine. Esempio: Mycobacterium tuberculosis.

Batteri anaerobi obbligati: vivono in assenza totale di ossigeno. Fermentazione. Esempio: Clostridium tetani.

Batteri anaerobi facoltativi: possono vivere anche in assenza di ossigeno senza risentirne. Hanno meccanismi ossidativi e vie fermentative. Esempio: fam. delle Enterobacteriaceae (Escherichia coli, Salmonella, Shigella).

Batteri microaerofili: possono moltiplicarsi in presenza di aria (al 20% ossigeno) ma hanno bisogno del 5-10% di CO₂. Esempio: Meningococco, ovvero Neisseria meningitidis.

Caratteristiche biochimiche

Si riferisce a creare un profilo biochimico, quindi mettere in evidenza la presenza o assenza di enzimi, confrontando il profilo con altri profili e sovrapponendoli per identificare la specie batterica (98%+ di sovrapposizione). Per arrivare a questo punto si devono fare tappe per "aiutare" la macchina.

Mobilità

Capacità di muoversi autonomamente, quindi dotati di flagello (batteri flagellati).

Anatomia della cellula batterica

Elementi costituenti:

• Mesosomi
• Citoplasma
• Parete cellulare, diversa tra Gram+ e Gram-
• Membrana citoplasmatica
• Nucleoide, non ha membrana, è un addensamento in una particolare parte del batterio
• Ribosomi

Non troviamo Apparato di Golgi, Reticolo endoplasmatico, lisosomi, ecc.

Funzioni della capsula

• Aderenza ai tessuti
• Virulenza: capacità di colonizzarsi, replicarsi e provocare danni. La capsula aiuta perché protegge da agenti immuni, almeno nelle prime fasi
• Resistenza all'essiccamento
• Riserva nutrizionale
• Deposito di sostanze di rifiuto
• Aggregazione (biofilm): si aggregano formando strati di una maglia polisaccaridica
• Protezione

Capsula: strato lasso, viscoso, polisaccaridico o proteico che circonda batteri Gram+ e Gram-. Nel caso sia poco aderente e poco uniforme per densità e spessore, questo materiale è definito strato mucoso o glicocalice.

Parete batterica

La parete batterica ha una sua struttura base costituita da peptidoglicani, formato da una componente peptidica e una saccaridica.

• Componente N-acido muranico (NAM) e N-acido glucosamminico (NAG)
• Legame glicosidico 1-4β

La componente peptidica è costituita da un tetrapeptide, sintetizzato in forma di pentapeptide. L'ultimo è coinvolto in una scissione e l'energia liberata viene utilizzata per formare legami tra due tetrapeptidi (ponti crociati tra residui di acido muranico di catene diverse). Non ci sono tetrapeptidi in NAG.

È un legame fondamentale perché compatta i filamenti, esplica la funzione primaria di difesa, contiene la pressione osmotica del citoplasma. Se non ci fosse la parete, la cellula andrebbe incontro a lisi. La funzione secondaria è di conferire la forma ai batteri. Utilizzando un enzima capace di idrolizzare questo legame (enzima lisozima), tra NAM e NAG, e mettendo i batteri in soluzione isotonica, perdono la propria forma e diventano sferici. I ponti sono dunque bersaglio di antibiotici, che ne inibiscono la formazione, così da indurre lisi osmotica.

I peptidoglicani variano: ad esempio nei Gram- i tetrapeptidi si legano direttamente, nei Gram+ invece si legano tramite ponti di pentaglicina.

Differenze tra pareti Gram+ e Gram-

A prescindere dalla Gram, la forma dei ponti è catalizzata da enzimi PBP (proteine leganti la penicillina), tra cui la transpeptidasi, che catalizza la formazione dei ponti crociati.

Ci sono altre differenze tra pareti Gram+ e Gram-: i Gram+ sono costituiti da una membrana esterna al 90% di peptidoglicani con una membrana interna, mentre i Gram- sono costituiti da una membrana interna e una esterna tra le quali vi è uno strato al 5% di peptidoglicani.

Nei peptidoglicani Gram+ c'è l'acido teicoico, molecole polimeri di zuccheri. Ricchi di cariche negative, sporgono all'esterno e sono importanti nella fase di adesione. Poi c'è l'acido lipoteicoico, che va dalla membrana fino a sporgere all'esterno. Tali molecole hanno dunque la funzione di adesine, che attirano ioni positivi come Mg²⁺ e Ca²⁺, la cui alta concentrazione intorno agli acidi teicoici permette un rapido ingresso del batterio.

Nei Gram- la struttura è diversa. Dopo la membrana c'è uno spazio, detto spazio periplasmatico, in cui è immerso il peptidoglicano. Dopo troviamo la membrana esterna: nella porzione interna è formato da uno strato fosfolipidico; l'altro strato è formato da lipopolisaccaride, diviso in tre porzioni:

• Lipide A: la parte più interna della membrana esterna, costituita da 2 molecole di glucosammina modificato. Ad ognuna sono legate due molecole di acidi grassi. Il lipide A è più o meno lo stesso in tutte le specie, ha una struttura conservata.
• Core: è un eterosaccaride, cioè un polimero con diversi tipi di zuccheri che si alternano (esosi, pentosi, ecc.). Il core varia nell'ambito del genere batterico.
• Antigeni somatici "0" o catene laterali "0": sono dei polisaccaridi, estremamente variabili da specie a specie. C'è un gradiente di variabilità. Il lipide A è sempre uguale, il core varia da specie a specie. Le catene variano anche all'interno della stessa specie. Ciò è un vantaggio, perché riesce a eludere la risposta immunitaria.

Inoltre nella membrana esterna ci sono dei canali proteici che aiutano il passaggio di materie nutritive (porine). Quando i Gram- vanno incontro a lisi, liberano i lipopolisaccaridi. Ci sono eccezioni come nel caso della Neisseria meningitidis, dove i lipopolisaccaridi vengono rilasciati attraverso vescicole con batterio ancora in vita.

Esempio di contagio di Neisseria meningitidis

• Contagio: si trasmette per via aerofila. Proviene da un 5% di persone portatrici di Neisseria meningitidis, nei quali di solito alberga nella rinofaringe.
• Trasmissione: è più probabile nei bambini dell'asilo. In genere l'uomo è capace di contrastare il batterio, solo in pochi casi insorgono infezioni. Infatti ci sono batteri nella rinofaringe simili che inducono la formazione di anticorpi.
• Entrata in circolo: qui provoca danni.

Sintomi

• Brividi, freddo e febbre alta provocati dal lipopolisaccaride (LPS) che ha un effetto pirogenico. Agisce sul centro termoregolatore ipotalamico. Il tutto è improvviso perché il batterio non deve aderire nell'ospite, ma agisce attraverso LPS.
• Ipotensione arteriosa, abbassamento della pressione arteriosa, dilatazione vasi medi. Il LPS provoca vaso dilatazione. Agisce sui mastociti caratterizzati da granuli citoplasmatici in cui ci sono mediatori infiammatori. LPS fa liberare istamina che dilata i vasi.
• Azione su meccanismi della coagulazione: 2 vie generali, intrinseca ed estrinseca. LPS attiva entrambe le vie: si formano coaguli, cioè aggregati di fibrine. Tutto questo induce trombi, ostruzione di sangue con relativa necrosi dei tessuti:
• Petecchie: coaguli a livello cutaneo
• Necrosi surrene: non si fabbrica più adrenalina e noradrenalina

A questo punto per il paziente è già troppo tardi. Spesso è troppo tardi non solo per la velocità, ma anche per l'azione di LPS. Infatti, gli antibiotici...