Microbiologia molecolare

Helicobacter pylori

Helicobacter pylori è un batterio gram-negativo, micro aerofilo (vive a basse concentrazioni di ossigeno) che presenta una morfologia a spirale. È considerato un patogeno extracellulare ma è più accurato definirlo come intracellulare facoltativo in quanto, seppur in una piccolissima percentuale, è possibile riscontrare la sua presenza all'interno delle cellule. Colonizza con molta efficacia la mucosa gastrica ed è molto comune nella popolazione: si stima che sia presente circa nell'80% degli individui ma non sempre causa patogenesi. Difatti, solitamente è asintomatico ma può causare gastrite, ulcera (gastrica o duodenale) o addirittura adenocarcinoma gastrico (carcinoma associato alle cellule del sistema immunitario e all'infezione di H. pylori).

Sequenziando il genoma di questo batterio è stato possibile asserire che il genoma (peraltro piuttosto piccolo: 1500 geni contro i 4300 di E. coli) è molto variabile:

eliminare il batterio, il pH dello stomaco e la presenza dei sali biliari causa una forte infiammazione sul tessuto scoperto (il muco ha un'azione protettiva) causando gastrite o ulcera;

- Flagelli polari: consentono al batterio di sfuggire al pH eccessivamente basso dello stomaco e di raggiungere la mucosa, che penetrano; H. pylori risponde dunque ad una chemiotassi negativa;

- Tossine: VacA (tossina vacuolante) e CagA (presente solo nei ceppi più virulenti).

Bisogna tener conto anche della suscettibilità dell'ospite: ciascun individuo mostra delle proprie caratteristiche che possono portare ad una maggiore o minore predisposizione a patologie associate a H. pylori. Possono influire ad esempio il tipo di secrezioni acide, le citochine, fattori genetici, fumo e abitudini alimentari.

VacA è una citotossina che induce un'estesa vacuolizzazione delle cellule epiteliali causandone la morte e, di conseguenza, distruzione dell'epitelio. Viene secreta nel periplasma.

Attraverso il sistema Sec70e da qui si ha un autotrasporto che la conduce all'esterno della cellula. La tossina può esistere in diverse forme alleliche: le variazioni si hanno in particolare in tre zone:

• Regione S: consente la formazione del canale anionico; esistono due forme alleliche: S1 e S2; S1 è più efficace per la formazione del canale.
• Regione M: influenza la specificità con i recettori; esistono due forme alleliche: M1 e M2; M1 è stata rinvenuta in pazienti con cancro allo stomaco.
• Regione I: serve per dare alla tossina la specificità di tessuto; esistono tre forme alleliche: I1, I2 e I3; I1 ha una maggiore attività vacuolante.

Quindi, la virulenza più spinta si ha nel genotipo S1/M1/L1.

La tossina VacA interagisce con un recettore presente sulla cellula epiteliale e oligomerizza con altre tossine (sempre VacA). Dunque, avviene l'endocitosi ma la tossina non viene inglobata all'interno dell'endosoma.

Bensì rimane attaccata alla membrana diquest’ultimo. La tossina forma un canale che consente l’ingresso el’accumulo di anioni, in particolare Cl-, all’interno dell’endosoma;per compensare all’accumulo, viene attivata una ATPasivacuolare che richiama protoni per bilanciare le cariche negative.Per bilanciare il protone, entrano ioni ammonio e formano NH4: ciòrichiama acqua dall’ambiente circostante provocandol’ingrossamento del vacuolo. A questa tappa segue la lisicellulare.VacA funge anche da molecola recettore per il batterio stesso,stimolatore di citochine infiammatorie, impedisce laproliferazione dei linfociti T (in questo modo evade daimeccanismi di difesa e riesce ad instaurare un’infezione cronica).CagACag sta per Cytotoxic associated gene ed è un’isola dipatogenicità; l’acquisizione di questa regione è un eventoimportante nell’evoluzione di H. pylori e segna il

suodifferenziamento in un ceppo più virulento. Contiene circa 30geni fra cui quelli per l’espressione di un sistema di secrezione71di tipo IV, cui media la trascrizione dell’effettore CagA nella cellulaeucariotica.

Il sistema di secrezione di tipo IV in H. pylori è composto da 32proteine fra cui CagL. In assenza di contatto, CagL è portata allasuperficie del pilus; durante l’infezione si lega al recettore integrinatransmembrana. In seguito a questo legame, il recettore(l’integrina) si attiva e induce una segnalazione a valle che portaalla fosforilazione (che in questo caso corrisponde adun’attivazione) delle chinasi FAK e Src le quali inducono deiriarrangiamenti del citoscheletro di actina. Queste modifichesono fondamentali affinché sia garantita l’iniezione di CagA nelcitoplasma della cellula ospite. In tale sede, CagA vienefosforilata dalla chinasi Src così che diviene capace diinteragire con diverse molecole.

Segnale delle cellule eucariotiche inducendo proliferazione, allungamento e motilità cellulare, per cui si pensa che CagA sia coinvolta nella formazione di metastasi. Può indurre anche l'internalizzazione di H. pylori in seguito all'induzione della formazione di strutture che consentono l'internalizzazione del batterio.

ESCHERICHIA COLI è un batterio gram-negativo che comprende circa 171 sierotipi (sottospecie) appartenente al gruppo degli enterobatteri. Sebbene sia un batterio commensale e generalmente innocuo, è stata appurata l'esistenza di diversi ceppi patogeni; alcuni infettano l'epitelio vescicale e renale perché dotati del pilus di tipo 1, altri causano infezioni a livello intestinale:

• EPEC (EnteroPathogenic E. coli): sono caratterizzati dall'isola di patogenicità LEE (Locus of Enterocite Efficacement) che codifica per un sistema di secrezione di tipo III. Producono la proteina Tir (Translocated Intimin Receptor)

Dotati di villi intestinali per ottimizzare l'assorbimento dei nutrienti. In seguito all'infezione si osservano meno villi intestinali in quanto compaiono i piedistalli e ciò si ripercuote sull'assorbimento delle sostanze nutritive.

EHEC (EnteroHaermorragic E. coli): anche questo ceppo possiede l'isola di patogenicità LEE e produce la proteina Tir, ma cambia la modalità con cui viene reclutata l'actina: viene iniettato un secondo effettore (il primo è Tir) responsabile della proliferazione dell'actina (in EPEC TIR viene fosforilata e attiva WASP). Inoltre, EHEC contiene anche un genoma virale che codifica per le tossine Shiga Stx1 e 2 che hanno una struttura di tipo AB (è quindi più patogeno del ceppo precedente). La subunità A inibisce la sintesi proteica negli enterociti. Causano diarrea, insufficienza renale acuta e anche morte per sindrome emolitica uremica.

ETEC (EnteroToxigenic E. coli:

enterotossigenico): posseggono un plasmide codificante per adesine che consente loro di aderire agli enterociti e per 2 tossine di tipo AB (LT e ST) che causano un forte rilascio di liquidi e diarrea (spesso indicata come malattia del viaggiatore); la tossina termolabile LT ha una struttura e un meccanismo d'azione molto simile alla tossina colerica: causa ADP ribosilazione della proteina G.

EIEC (EnteroInvasive E. coli): posseggono il plasmide pINV cui codifica per proteine di membrana che inducono la loro stessa fagocitosi. All'interno degli enterociti proliferano fino a provocare lisi cellulare e quindi emorragie. In alcuni casi provocano gravi ulcere nel colon.

EAEC (Enteroaggregative E. coli): producono adesine di origine plasmidica, producono biofilm, rilasciano emolisine e tossine ST ma non posseggono né l'isola di patogenicità LEE né producono la tossina Shiga.

DAEC (Diffusely Adherent E. coli).

MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS:

TUBERCOLOSI È un