Microbiologia - tubercolosi

Lezione del 16/11/2005

Prof. Galdiero (vecchio)

Proteine che costituiscono il bacillo della tubercolosi e l'interazione con l'ospite

Le proteine che ci interessano sono in diretta correlazione con la risposta dell'ospite, nel senso che il bacillo della tubercolosi è uno di quei germi i cui geni di virulenza vengono attivati quando essi sono all'interno dell'ospite naturale. Quindi le proteine, espressione di questi geni, vengono sintetizzate solo nell'ospite naturale (non vengono, invece, sintetizzate quando sono coltivate in vitro o quando vengono iniettate in altri animali sperimentali non recettivi).

La prima proteina messa in evidenza fu quella nota come tubercolina di Cock, la quale, più che una proteina, è un peptide di grosso peso molecolare. Si chiama così perché fu preparata da Robert Cock. All'inizio del novecento, c'erano stati casi fortunati di preparazione di vaccini contro le tossine. Uno di quelli che destò particolare interesse fu il vaccino contro la tossina difterica. Questa, infatti, provocava malattie molto gravi oggi scomparse; un altro esempio fu il vaccino contro la rabbia, fatto da Pasteur.

Cock, dopo aver studiato abbondantemente la tubercolosi, pensò di poter preparare un vaccino contro l'infezione tubercolare. Poiché il bacillo della tubercolosi era di difficile coltivazione (in superficie presenta un abbondante strato lipidico che lo rende differente dagli altri bacilli) e all'epoca non vi erano tecniche per la frammentazione dei batteri, per ottenere un estratto grezzo di microbatteri (coltivati in quel famoso brodo riposato e glicerinato) Cock pensò che, tenendo questi bacilli a lungo in laboratorio, essi sarebbero andati incontro a lisi automaticamente (c'è una fase finale del ciclo di crescita che prevede la lisi).

Quindi, raccogliendo il filtrato di brodocoltura di almeno otto settimane, poteva raccogliere una buona quantità di prodotti di lisi di questi bacilli e logicamente, in questi prodotti di lisi, ci sono anche le proteine. Questa preparazione grezza venne da lui chiamata la vecchia tubercolina e cercò di utilizzarla come vaccino anti-tubercolare. Nonostante Cock fosse una persona estremamente scrupolosa, questa volta peccò di superficialità; infatti, non fece prove sperimentali solo sugli animali ma anche in alcuni casi in vivo. Invece di riscontrare miglioramento, riscontrò solo peggioramento.

Il trattamento di animale con tubercolina aveva conseguenze differenti:

• Se l'animale non era mai venuto a contatto con il bacillo della tubercolina non presentava nessun effetto.
• Se invece l'animale era già venuto a contatto con i microbatteri (così come un individuo tubercolotico, e all'epoca quasi tutte le persone avevano avuto un primo contatto con il bacillo anche se poi non avevano presentato in modo proclamato la malattia), alla seconda esposizione il trattamento con tubercolina creava una serie di reazioni locali e generali, dipendenti dalla dose di tubercolina somministrata (la tubercolina si è rivelata una sostanza con una parte attiva nel determinare questa situazione e con una parte peptidica).

Successivamente, la tubercolina è stata purificata: oggi usiamo come diagnostico il DDP (derivato della proteina purificato). Anche Cock stesso, dopo aver constatato il fallimento del suo tentativo di utilizzare la tubercolina come vaccino, si accorse che poteva essere usata come mezzo diagnostico in individui che avevano già avuto un primo contatto con i microbatteri.

Dato che un animale che non è mai venuto a contatto con il bacillo, in seguito a trattamento con tubercolina, non mostra alcun effetto, si deduce facilmente che la tubercolina non è una tossina. Ma nell'animale non vergine al contatto con microbatteri, il trattamento con essa determina reazioni del tutto simili a quelle che si ottengono inoculando germi totali vivi o uccisi al calore. Si mette così in evidenza un tipo particolare di risposta dell'ospite. La tubercolina da sola non è un immunogene, un antigene; ma in animale già sensibilizzato al contatto provoca una risposta immunitaria. Dunque essa è un APTENE, cioè una sostanza che, se coniugata con sostanze di più alto peso molecolare, si comporta da immunogeno; se non è coniugata ma isolata, non è nemmeno un antigene.

Quando la tubercolina si trova nel copro batterico, il supporto molecolare lo da il corpo batterico stesso (con i suoi costituenti): quindi il germe in toto sensibilizza la tubercolina. Dopo questa esperienza, Cock mise in atto altre esperienze utilizzando i germi in toto; prima li utilizzò vivi, per vedere in che modo un animale già tubercolotico, infettato precedentemente, rispondeva a una successiva carica di batteri. Infatti, dato che la tubercolosi è una malattia a infezione cronica, c'era il problema di capire se un individuo tubercolotico in presenza di altre cariche si aggravava o se succedeva qualche altra cosa.

Quindi si usavano nuovamente cavie vergini all'infezione e cavie già sensibilizzate. Le osservazioni fatte da Cock sono note come FENOMENO DI COC e sono le seguenti:

• In una cavia mai venuta a contatto con i germi tubercolari, l'inoculazione di questi stessi germi determinava processi infiammatori locali che dopo poco scomparivano, ma la cavia, alcuni mesi dopo, moriva per una tubercolosi diffusa a tutti gli organi e tessuti (infezione sperimentale).
• In una cavia che aveva già avuto contatto con il bacillo, l'inoculazione di germi vivi (ma anche uccisi al calore) determinava una infiammazione esagerata locale (ipersensibilità locale), che portava a necrosi la zona. Questa zona necrotica, eliminata poi con escavamento, non aveva altre conseguenze sulla cavia, se non un lieve aggravamento della sintomatologia generale (sensibilità generale) che si manifestava nel giro di tre settimane dall'inoculazione e si accompagnava, nel tempo, con una protezione alla reinfezione. (IPERSENSIBILITÀ LOCALE → PROTEZIONE ALLA NUOVA INFEZIONE)

Questa protezione alla reinfezione si manifestava con due modalità contemporanee:

• Un rallentamento del passaggio di batteri dal posto dell'inoculazione al circolo e quindi ai vari organi e tessuti.
• Una maggiore capacità dei macrofagi (cellule maggiormente coinvolte nei processi infiammatori) a distruggere i bacilli della tubercolosi.

Quindi, nell'animale mai trattato, l'inoculazione di germi nel giro di una settimana, attraverso le vie ematiche e le vie linfatiche, raggiungeva e colonizzava tutti gli organi, dando un'infiammazione granulomatosa locale e la malattia si manifestava dopo due, tre mesi. Nell'animale già tubercolotico, i germi, sia vivi che morti, restavano localizzati nel posto di inoculazione (raggiungendo al massimo i primi linfonodi localizzati della zona) e non passavano in circolo se non dopo un mese circa; inoltre, i germi che comunque sopravvivevano in un organismo già tubercolotico erano in numero assai esiguo rispetto a quelli sopravvissuti in un animale vergine al contatto.

In quest'ultimo, le cellule che provengono dal circolo e sono responsabili della prima risposta infiammatoria (es. macrofagi) sono capaci di fagocitare i microbatteri, ma non del tutto (i microbatteria si moltiplicano). Invece, nell'animale già trattato ci si avvia o alla batterostasi o a una distruzione totale di questi microbacteria. Dunque, la risposta è profondamente diversa a seconda del tipo di cavia considerata.

L'infiammazione granulomatosa

La prima risposta dell'ospite è l'infiammazione locale. In tal caso si parla di infiammmazione granulomatosa, così definita perché si forma un granuloma (è la presenza di questi granulomi a dare il nome alla malattia: granulomi → tubercoli → tubercolosi). Ovviamente, l'infiammazione granulomatosa è un processo che si presenta in molte altre malattie con modalità, però, molto differenti a seconda della causa che la determina. Infatti possiamo avere:

• Granuloma da corpo estraneo inerte, che è la forma più semplice.
• Granuloma dato dall'infezione cronica, che è quello più complesso.

Se arriva nel dito un frammento di legno, dopo poco, andando a toccare sulla ferita, si è formato un piccolo granuloma: esso evolve fino a un certo punto, dopo di che si apre all'esterno ed espelle il piccolo corpo estraneo inerte; in questo caso si è messa in atto solo la risposta dell'organismo ospite ma non quella del corpo estraneo che è inerte → il corpo estraneo viene sequestrato dall'ospite che risponde con un'infiammazione granulomatosa e se è possibile riversa il corpo all'esterno dell'organismo (scheggia di legno), altrimenti comunque non lo rilascia spontaneamente (proiettile che non attraversa il corpo e non intacca organi vitali, rimane “incastrato”).

L'infiammazione granulomatosa da corpo estraneo è caratterizzata dalla formazione di un granuloma che si costituisce per la fusione di più macrofagi e cellule epitelioidi, che circondano il corpo estraneo e, non riuscendo a fagocitarlo, lo bloccano unendosi fra loro. In realtà tr