Microbiologia - immunologia

Microbiologia immunologia

Microbiologia Immunologia

Immunologia

Immunità

Immunità: È lo stato di resistenza/insensibilità a molecole, microrganismi e cellule estranee. Questi elementi fanno parte del concetto di percezione del rischio.

La prima attività difensiva (reazione) consiste nella percezione del rischio.

Antigene (Ag): sostanza in grado di reagire con il sistema immunitario quando viene introdotta in un organismo.

Immunità si suddivide in: Immunità naturale e Immunità acquisita.

Immunità naturale è aspecifica e non induce memoria; durante il primo contatto con un antigene estraneo (patogeno) è l'unica forma di difesa esistente, perciò è necessaria per la sopravvivenza dell’organismo. È il primo “filtro” → prepara l’azione dell’immunità specifica.

1 Giulia Costanzini

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Armi

• Cute e mucose (barriera fisica, pH, flora batterica commensale, meccanici fisici di ‘’autopulizia’’, cellule sentinella)
• Cellule NK - natural killer
• Lisozima e lattoferina
• Peptidi antimicrobici
• Complemento
• Fagocitosi
• Interferone
• Infiammazione

Bersagli: non self.

I primi meccanismi di difesa, che consentono la protezione di un organismo verso le infezioni microbiche, sono rappresentati da difese costituzionali innate aspecifiche; tali sostanze non sono rivolte verso un solo tipo di sostanza estranea ma sono già disponibili e si attivano molto velocemente nel caso in cui si riscontri la presenza di un elemento estraneo.

Barriere fisico-chimiche

Le barriere fisico-chimiche costituiscono il primo mezzo di protezione in caso di aggressione.

Cute e mucose

La cute integra, grazie alla sua struttura, fornisce un efficace barriera all'invasione microbica: incomprimibile, elastica e semipermeabile (permeabile ai lipidi). Il pH della pelle è piuttosto acido (≃5,5) data la presenza di acidi organici, in particolare acido lattico. Questa caratteristica rende la cute una prima linea difensiva nei confronti dei batteri: le forme indissociate degli acidi deboli sono in grado di entrare all'interno della cellula batterica, successivamente causano un abbassamento del pH a seguito della parziale dissociazione che libera ioni H⁺ all'interno della cellula.

Questo abbassamento del pH innesca una serie di meccanismi (consumo di energia) atti a ristabilire i valori fisiologici; se la cellula batterica utilizza la sua energia disponibile per ristabilire i propri equilibri interni non avrà energia sufficiente per moltiplicarsi → effetto batteriostatico/morte.

A livello di altre superfici corporee a contatto con l'ambiente esterno, quali le mucose respiratorie, gastroenteriche e urinarie, le difese chimico-fisiche includono efficaci processi di “autopulizia”, per esempio: apparato respiratorio - tosse, starnuti, flusso di muco - apparato gastroenterico - vomito, diarrea - apparato urinario - flusso di urina.

2 Giulia Costanzini

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Un'altra efficace linea di difesa è la presenza della gigantesca popolazione di batteri commensali a livello di tutte le superfici mucosali. Le superfici appartengono all'esterno, per questo motivo le flore batteriche non costituiscono problemi; i confini con l'interno sono per esempio l'epitelio intestinale/respiratorio. Si innescano meccanismi di competizione vs altri possibili invasori, favorendone l’allontanamento.

Mucosa intestinale

L’intestino, grazie all'immunità mucosale*, oltre a degradare e assorbire molecole utili proveniente dagli alimenti, è in grado di discriminare un alimento da un patogeno. —> vedi pag 45

L'epitelio intestinale è sostituito ogni 24-48 h dal rinnovamento dei piani cellulari; nel caso in cui un batterio/virus si agganci ad una cellula, essa andrà incontro a sfaldamento e tramite movimenti peristaltici verrà allontanata dall’organismo. I movimenti peristaltici costituiscono un efficace meccanismo difensivo perché contribuiscono ad evitare una stasi degli eventuali patogeni presenti in quel tratto intestinale.

Un'altra efficace linea di difesa è costituita dal microbiota intestinale; sulla superficie delle mucose dell’organismo, aventi specifiche caratteristiche fisico-chimiche, i singoli soggetti microbici componenti del microbiota interagiscono tra loro, instaurando un perfetto equilibrio molto complesso e oggetto di numerosissimi studi. Questo equilibrio garantisce una protezione nei confronti dei patogeni grazie a meccanismi di competizione trofica, competizione sui recettori cellulari e competizione mediata da batteriocine.

La comunicazione tra i batteri garantisce la produzione di batteriocine, le quali sono sostanze (principalmente peptidi o proteine), ad attività batteriostatica/battericida, in grado di inibire la crescita di altre popolazioni batteriche. Sono prodotte da alcuni batteri e generalmente codificate da plasmidi.

* Nell'ambito della sottomucosa di alcuni organi sono presenti aggregati linfoidi che vanno a sostenere l’immunità mucosale. MALT - tessuto linfoide associato alle mucose. Il MALT può essere suddiviso a sua volta in BALT (tessuto linfoide associato ai bronchi) e GALT (tessuto linfoide associato all’intestino = gut).

⚠ L'utilizzo di un antibiotico a largo spettro può momentaneamente rivoluzionare questo equilibrio, oltre a uccidere le specie target patogene verranno danneggiate anche tutte le specie microbiche sensibili appartenenti alla flora batterica commensale.

L'alimentazione gioca ruolo determinante nello sviluppo dello specifico microbiota di ogni soggetto, in commercio vi sono numerosi probiotici atti compensare squilibri dismicrobici, a livello della flora microbica intestinale. In commercio ci sono anche dei prebiotici, ovvero sostanze non digeribili contenute in natura in alcuni alimenti che promuovono la crescita di una o più specie batteriche utili allo sviluppo della microflora intestinale.

Mucosa respiratoria

L’epitelio respiratorio è ciliato, questa sua caratteristiche è funzionale al meccanismo ascensore muco-ciliare. Le ciglia dell’epitelio permettono di movimentare il muco presente sulle superficie in termini ascensionali, dall’interno verso l’esterno → tutto il micro-particellato inspirato (che può contenere anche virus batteri) viene conglutinato a livello di muco delle vie respiratorie e successivamente, grazie all’epitelio ciliato, indirizzato verso le vie aeree superiori dove verrà espettorato o deglutito.

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⤱ Tutti gli eventuali batteri/virus che si erano conglutinati nel muco delle pareti respiratorie verranno immessi nello stomaco (pH acido) oppure verranno allontanati - “buttati fuori” - dall’organismo.

A livello delle mucose dominano meccanismi di difesa a carattere naturale ma vi è anche la presenza di IgAs (IgA secretorie), i quali fanno parte della risposta acquisita specifica. → pag 45

Le prime vie respiratorie, fino ai bronchi e bronchioli, fondamentalmente costituiscono ancora “l’esterno” dell’organismo; i bronchi e tutto il tratto sino agli alveoli polmonari costituisce invece “l’interno”.

A livello degli alveoli non c’è la difesa mucosale, vi sono un altro livello di difesa.

In queste porzioni più profonde vi sono i cosiddetti cellule fagocitare, macrofagi alveolari, dispersi proprio nel muco. Inoltre vi sono alcune immunoglobuline: IgG e IgM. → pag 33

Se gli agenti patogeni riescono a superare le barriere fisico-chimiche dell'organismo, vengono messi in atto dei meccanismi molto rapidi come prima linea di difesa contro gli invasori → questi meccanismi costituiscono il sistema immunitario innato.

Le cellule che per prime riconoscono e rispondono ai microrganismi invasori sono le cellule “sentinella”, ovvero macrofagi, cellule dendritiche e mastociti: queste cellule sono disseminate in tutto l’organismo ma si trovano soprattutto a livello delle superfici (cute e mucose) dove è più probabile incontrare degli “aggressori”.

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Infiammazione

Il meccanismo del sistema immunitario innato più importante è l’infiammazione (flogosi), grazie ad essa vengono concentrate diverse cellule e molecole, ad attività difensiva, nei siti di invasione microbica e/o di danno tissutale.

Infiammazione → è un meccanismo difesa.

Il processo infiammatorio stimola la migrazione di diversi leucociti (globuli bianchi) dalla circolazione sanguigna verso i siti di invasione, dove queste cellule potranno attaccare e distruggere i diversi aggressori.

La regolazione del flusso ematico e la migrazione delle cellule è particolarmente influenzata dall'azione dei mastociti. I mastociti svolgono il ruolo di “cellule sentinella” e sono particolarmente abbondanti nelle aree dell'organismo esposte a potenziali invasori, quali la cute e le mucose; in queste zone sono localizzati vicino ai vasi sanguigni.

I mastociti esprimono diversi PRRI (Pattern Recogniton Receptor), ovvero particolari recettori in grado di riconoscere e di rispondere rapidamente ai PAMP e ai DAMP (→ pag 18). A seguito di input recettoriali specifici (“dopo aver incontrato un aggressore”) provvedono molto rapidamente - qualche secondo - a degranulare, ovvero rilasciano il contenuto dei loro granuli (istamina, serotonina e altri mediatori del processo infiammatorio).

Altri stimoli in grado di causare la degranulazione dei mastociti sono rappresentati da: citochine, chemochine, agenti chimici, stimoli fisici, veleni, virus e stimoli mediati dalle molecole anticorpali IgE, legate ai mastociti a livello della membrana citoplasmatica (dove vi sono specifici recettori per la porzione FC della IgE).

Le molecole rilasciate dai mastociti sono amine vasoattive → aumento della permeabilità vascolare.

• Istamina: si lega ai recettori endoteliali H1 stimolando le cellule a produrre ossido nitrico-NO (un potente vasodilatatore → rallentamento del flusso sanguino) e aumentando l'espressione dei TRL sulle cellule sentinella; inoltre causa un aumento della permeabilità vascolare → permettendo conseguentemente la fuoriuscita di liquidi nei tessuti (contenenti cellule leucocitarie, anticorpi, fattori del complemento → gonfiore). Rilasciata da: mastociti, basofili e piastrine.
• Serotonina (derivato dell’aa triptofano): una molecola ad azione simile dell’istamina.

Caratteristici segni clinici dell’infiammazione:

• Rubor: rossore conseguente alla vasodilatazione e all’aumento della circolazione locale.
• Calor: calore conseguente alla vasodilatazione e all’aumento della circolazione locale.
• Tumor: rigonfiamento dovuto alla fuoriuscita di liquido dai vasi (essudazione plasmatica e diapedesi).
• Dolor: dolore provocato dalla compressione e dalla stimolazione delle terminazioni sensitive.
• Fuctio lesa: compromissione della funzione.

Tempesta citochinica (ipercitochinemia): è una reazione immunitaria potenzialmente fatale; consiste in una reazione a catena che coinvolge le citochine e i globuli bianchi, in cui i livelli delle varie citochine sono estremamente elevati.

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⚠ → antinfiammatori. L'infiammazione è un meccanismo di difesa ma talvolta essa può diventare preponderante rispetto al danno; il che significa che i processi difensivi, nella loro azione distruttiva o lesiva verso ciò che è considerato negativo, possono coinvolgere anche l'individuo stesso (es. tempesta citochinica*) → in questo caso assumere un antinfiammatorio, ovvero un deprimente dell'azione difensiva, risulta vantaggioso.

* Le citochine sono mediatori polipeptidici, non antigene-specifici, che fungono da segnali di comunicazione fra le cellule del sistema immunitario e fra queste e diversi organi e tessuti. Le citochine agiscono nella risposta immunitaria innata o naturale mediante l'attivazione dei macrofagi e delle cellule NK inducendo processi infiammatori e chemiotattici, ed anche nella risposta immunitaria acquisita, sia umorale sia cellulare, agendo sui linfociti T e sui linfociti B e facilitando la comunicazione tra le diverse popolazioni cellulari. Le citochine prodotte da cellule del sistema immunitario sono dette linfochine o interleuchine.

Lisozima e lattoferina

• Il lisozima è un enzima prodotto dai granulociti neutrofili (non nei ruminanti) e dai monociti-macrofagi, contenuto nel sangue e in tutti i fluidi dell’organismo (lacrime, saliva, secrezioni nasali, bianco d’uovo) ad eccezione del liquido cefalorachidiano e delle urine.

Ha un’attività battericida efficace vs i batteri Gram + perché è in grado di scindere la parete batterica (idrolizza il legame peptidi tra acido muramico e acetil-glucosammina).

Inoltre il lisozima può fungere da potente opsina, in grado di legarsi alla superficie batterica facilitandone la fagocitosi, in assenza di specifici anticorpi e quando la sua attività enzimatica è inefficace.

• La lattoferina è una piccola proteina delle famiglie delle transferrine, presente in particolare nel latte/colostro e in altre secrezioni dell’organismo (lacrime, saliva..). Essa si lega al ferro, una molecola poco solubile presente in micro-quantità nell’ambiente ma fondamentale per la vita batterica. Legandosi al ferro compete con i microrganismi ferro-dipendenti e svolgendo una spiccata attività battericida o fungicida.

Peptidi antimicrobici

Peptidi antimicrobici → “antibiotici naturali”.

A livello cellulare nella cute e nelle mucose i granulociti neutrofili, i macrofagi e le cellule epiteliali producono specifici peptidi ad attività antimicrobica, definibili anche come antibiotici naturali.

Questi peptidi svolgono la loro azione fondamentalmente attraverso due meccanismi:

• Destabilizzano i rapporti lipidici presenti nelle membrane citoplasmatiche dei batteri (≠ membrane eucariotiche).
• Meccanismo perforina like: la perforina è una proteina citolitica presente nei granuli dei linfociti T citotossici e cellule Natural Killer. La degranulazione di questi leucociti libera la perforina, che si inserisce nella membrana cellulare della cellula bersaglio creando un poro → ”questo ago molecolare entra nelle membrane citoplasmatica e causa la morte cellulare svuotandole”.

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Complemento

Il sistema complemento è uno dei meccanismi effettori più importanti della risposta immunitaria umorale (o mediata da anticorpi), di solito è attivato da immunocomplessi ma la sua attivazione può essere anche aspecifica, può partecipare attivamente all'immunità innata insieme ai fagociti.

Il complemento è una cascata di reazioni, attivava tramite due vie:

• Via classica, costituita dalla formazione dell'immunocomplesso* → un anticorpo incontra il proprio antigene dentro un organismo → il riconoscimento anticorpale indica la presenza di un non-self all’interno dell’organismo → l’organismo si “preoccupa” e mette su una serie di meccanismi in funzione della dose. (La quinta azione degli anticorpi è la fissazione del complemento).
• Via di attivazione a carattere aspecifico o via alternativa: la via della properdina, la quale viene attivata dalla presenza dei PAMPs.

Questo sistema è costituito da 18 proteine (enzimi) prodotte principalmente dal fegato e presenti in forma inattiva nel plasma e nei liquidi interstiziali, alcune sono libere nel siero mentre altre sono recettori cellulari. L’attivazione di queste proteine da luogo alla cascata del complemento, la quale genera una serie di risposte biologiche:

• Eliminazione diretta (lisi) o indiretta (fagocitosi) dei microrganismi patogeni invasori.
• Induzione della flogosi-infiammazione.
• Eliminazione degli immunocomplessi Ag-Ac-C dal sangue.
• Produzione di sostanze chemiotattiche.
• Azione anafilattica —> produzione di sostanze stimolanti rilascio di istamina dai mastociti.

Le proteine del complemento non aumentano a seguito del processo di immunizzazione, l'immunità naturale non è inducibile come quella acquisita, rimane “così com’è”.

❗ Il C’ è termolabile, se viene esposto a 56 °C per 30 minuti si inattiva.

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Attivazione classica

La via classica di attivazione del C’ è innescata dall’interazione antigene-anticorpo; gli anticorpi che possono far scatenare il C’ sono solo le IgG (IgG1, IgG2, IgG3, le IgG4 non svolgono questa azione) e le IgM.

• Quando un anticorpo lega un antigene, la porzione Fc della catena pesante dell'anticorpo subisce modificazioni conformazionali che smascherano un sito reattivo, in cui si può legare la prima componente del sistema complemento, nota come C1q.
• Successivamente a questo primo legame, in presenza di ioni Ca²⁺, avviene una modificazione conformazione di C1q che consente a quest’ultimo di legarsi a C1r e a C1s → si forma un complesso enzimatico trimolecolare (unità di riconoscimento) C1qrs.
• C1qrs C4 C4a C4b3. capace