Che materia stai cercando?

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

FIMBRIE (PILI)

Sono il secondo tipo di appendici proteiche che si proiettano al di fuori degli involucri cellulari. Le fimbrie originano

dalla membrana citoplasmatica e sono formate dalla ripetizione di subunità, in genere di una o due proteine

caratteristiche (piline) specifiche per le varie specie batteriche, organizzate con simmetria elicoidale intorno ad un asse

immaginario a formare una serie di rigide strutture cilindriche. Sono specifici organi di ancoraggio in grado di interagire

con vari residui di carboidrati presenti nelle glicoproteine di membrana di varie cellule animali e sono in grado, quindi,

di condizionare l’iniziale colonizzazione della superficie mucosa e l’avvio del processo infettivo.

I BATTERI : IL METABOLISMO

BATTERICO

Con il termine metabolismo si intende l’insieme delle reazioni biochimiche necessarie per la produzione di energia e per

l’utilizzo dell’energia prodotta, nella sintesi di materiali cellulari, a partire dalle molecole di precursori ottenute dalle

fonti alimentari reperite nell’ambiente. Lo scopo finale del metabolismo di un essere unicellulare, come un batterio, è

rappresentato dalla duplicazione delle strutture necessarie per procedere alla propria divisione in due cellule figlie.

L’energia utilizzabile dalla cellula batterica nei processi biosintetici è quella temporaneamente immagazzinata nei

legami ad alto livello energetico dell’ATP. Durante le reazioni biosintetiche (anabolismo) l’energia necessaria è

ottenuta dall’idrolisi di ATP in ADP, con la liberazione di circa 8 Kcal per mole. Per rifosforilare ADP in ATP è

necessario un apporto esterno di energia pari alla stessa quantità di energia liberata. La cellula può ricavare questa

energia o captando l’energia elettromagnetica della luce (organismi fotosintetici), o derivandola dalla demolizione

(catabolismo) di varie sostanze in prodotti di minor livello energetico (organismi chemiosintetici).

I batteri patogeni sono tutti organismi chemiosintetici che necessitano di composti organici come sorgente di energia

e come fonte alimentare di carbonio (chemiosintetici organotrofi ed eterotrofi).

Nei processi di chemiosintesi la cellula batterica può fosforilare ADP in ATP in due modi:

- mediante l’utilizzo diretto di energia, che si libera dalla demolizione di materiale organico, con la formazione

di intermedi fosforilati dai quali è energeticamente possibile trasferire il radicale fosforico all’ADP

(fosforilazione a livello del substrato). Questo processo ha una relativamente modesta efficienza e si verifica

durante i processi di fermentazione.

- utilizzando, attraverso organuli specializzati presenti sulla membrana cellulare, l’energia che si libera durante il

trasporto di elettroni dal substrato ad un accettore finale esterno (fosforilazione mediante trasporto di

elettroni). Questo meccanismo è molto più efficiente e negli organismi chemiosintetici si verifica durante i

processi di respirazione.

LE FERMENTAZIONI BATTERICHE

Nelle reazioni fermentative la fosforilazione avviene a livello del substrato e l’energia derivante dall’ossidazione del

NADH non viene utilizzata per la produzione di ATP, ma viene in genere dissipata sotto forma di calore. I batteri sono

23

in grado di fermentare numerose sostanze organiche rappresentate soprattutto da carboidrati e, tra questi, soprattutto il

glucosio. Il metabolita chiave è rappresentato dall’acido piruvico (piruvato) in cui vengono convertiti quasi tutti i

composti a 6,5 e 4 atomi di carbonio.

Il glucosio è convertito in acido piruvico attraverso la via metabolica di Embden-Meyerhof e Parnas che è si sviluppa

nelle seguenti tappe.

Una molecola di glucosio viene fosforilata (con il consumo di una molecola di ATP) a glucosio-6-fosfato; mediante

isomerizzazione ed una ulteriore fosforilazione (con il consumo di una seconda molecola di ATP) si passa a fruttosio-

1,6-difosfato, che viene quindi scisso in due molecole di fosfogliceraldeide. A questo punto si ha la deidrogenazione

delle molecole di fosfogliceraldeide, con il trasferimento dell’idrogeno al NAD che viene ridotto a NADH. L’energia

liberata dalla reazione viene utilizzata per legare un fosfato inorganico alla fofogliceraldeide ridotta che viene così

trasformata in acido 1,3-difosfoglicerico. Le due molecole di acido 1,3-difosfoglicerico trasferiscono il radicale

fosforico a due molecole di ADP portando alla produzione di due molecole di ATP e trasformandosi in acido 3-

fosfoglicerico. E’ questa la reazione che si chiama di fosforilazione a livello del substrato. L’acido 3-fosfoglicerico a

sua volta per una migrazione intramolecolare del radicale fosforico si trasforma in acido 2-fosfoglicerico che, per la

perdita di una molecola d’acqua, dà luogo all’acido fosfoenolpiruvico. Le due molecole di acido fosfoenolpiruvico

cedono a loro volta il radicale fosforico ad altre due molecole di ADP portando alla produzione di altre due molecole di

ATP e trasformandosi in acido piruvico. L’acido piruvico funziona da accettore dell’idrogeno del NADH, riducendosi

ad acido lattico, che non viene ulteriormente utilizzato e si accumula nell’ambiente, e formando quindi di nuovo NAD

disponibile per il processo fermentativo.

In conclusione da una molecola di glucosio, con questo processo, si ottengono due molecole di acido lattico e quattro

molecole di ATP, anche se la resa netta di ATP è di due molecole poiché due sono state consumate durante le varie

tappe metaboliche.

I batteri possono utilizzare altre vie metaboliche per arrivare ad acido piruvico e, in particolare, lo shunt dei pentosi e la

via di Entner-Doudoroff. Ambedue queste vie metaboliche sono caratterizzate dall’ossidazione del glucosio-6-fosfato

ad acido 6-fosfogluconico che nello shunt dei pentosi viene trasformato in un pentoso-fosfato e quindi in acido piruvico

mentre nella via di Entner-Doudoroff viene trasformato in acido cheto-deossi-fosfogluconico dal quale originano una

molecola di gliceraldeide ed una molecola di acido piruvico.

Infine, alcuni batteri aerobiobbligati sono incapaci di fosforilare il glucosio a glucosio-6-fosfato ed utilizzano il glucosio

attraverso una iniziale ossidazione ad acido gluconico (gluconato) attraverso un processo metabolico aerobio. Il

gluconato viene poi fosforilato ad acido 6-fosfogluconico e trasformato in acido piruvico attraverso lo shunt dell’esoso-

monofosfato o la via di Entner-Doudoroff.

I prodotti di fermentazione che si accumulano nell’ambiente non sono solo e sempre acido lattico. In alcuni casi la

deidrogenazione del NADH non avviene utilizzando come accettore di idrogeno direttamente l’acido piruvico ma,

piuttosto, una serie di suoi derivati ad ognuno dei quali corrisponde un prodotto finale diverso.

Un tipo di fermentazione caratteristico di Escherichia Coli e molti altri enterobatteri è rappresentato dalla cosiddetta

fermentazione con accumulo di acidi diversi che consiste nella produzione oltre che di acido lattico anche di acido

succinico, acido formico, acido acetico e alcool etilico. Questo tipo di fermentazione si accompagna, inoltre, alla

produzione di gas per la formazione di idrogeno ed anidride carbonica gassosi a partire dall’acido formico.

LA RESPIRAZIONE BATTERICA

La respirazione consente di spingere il catabolismo della sorgente di energia fino alla sua completa “mineralizzazione”

(trasformazione in H O e CO ), attraverso il ciclo di Krebs e di utilizzare – ai fini della fosforilazione di ADP in ATP –

2 2

gran parte dell’energia che si libera dalla riossidazione di NADH in NAD.

IL CICLO DI KREBS

Il processo di utilizzazione dell’energia che si libera dalla riossidazione del NADH ha il suo punto di partenza

nell’inserimento dell’acido piruvico, che origina come prodotto terminale della glicolisi anaerobia, nel cosiddetto ciclo

dell’acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs, che ne consente la completa mineralizzazione.

Nel ciclo di Krebs l’acido piruvico è essenzialmente decarbossilato ed ossidato (con la produzione di una molecola di

NADH), ad acetato attivo accoppiato al coenzima A (acetil-CoA). L’acetil-CoA si combina quindi con una molecola di

acido ossalacetico portando alla formazione di acido citrico. Attraverso una serie di successive reazioni di

deidratazione, decarbossilazione e ossidazione, si ritorna ad una molecola di ossalacetato, che rientra in un nuovo ciclo,

con la scomparsa di una molecola di acetato, completamente mineralizzato in H O e CO .

2 2 24

LA FOSFORILAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI ELETTRONI. IL RUOLO DELL’OSSIGENO

Anche durante la completa mineralizzazione del piruvato, nel ciclo di Krebs, gli elettroni distaccati dai vari composti

intermedi che si formano durante le varie fasi del ciclo, vengono trasferiti su molecole di NAD che vengono di

conseguenza ridotte.

Nelle cellule in grado di portare a termine un processo respiratorio è presente una catena di trasportatori di elettroni che

consente la rimozione degli elettroni dal NADH e la sua riossidazione in NAD, con il contemporaneo progressivo

trasferimento degli elettroni lungo la serie dei trasportatori di elettroni, fino ad un accettore inorganico “esterno” che è

rappresentato dall’ossigeno che, al termine del processo, viene ridotto ad H O. Il trasporto di elettroni all’accettore

2

inorganico finale è accoppiato con la fosforilazione di una serie di molecole di ADP in altrettante molecole di ATP.

Questo perché l’espulsione di elettroni crea una differenza di concentrazioni di cariche alle due facce della membrana

cellulare. La somma di tali differenze crea un potenziale energetico che è utilizzato per ricavare l’energia necessaria per,

ad esempio, la rotazione della base dei flagelli o il trasporto attivo di sostanze attraverso la membrana cellulare, nonché

la produzione di ATP a partire da ADP e radicali fosforici. E’ questa la fosforilazione mediante trasporto di elettroni (o

fosforilazione ossidativa).

In un intero ciclo di Krebs si ha la produzione di quattro molecole di NADH. Dall’ossidazione di una molecola di

NADH si ricava energia sufficiente alla produzione di tre molecole di ATP, il che vuol dire una resa di dodici molecole

di ATP. Inoltre l’ossidazione dell’acido succinico ad acido fumarico coinvolge la donazione di elettroni direttamente

alla flavina di un trasportatore di elettroni (FAD → FADH) senza intervento del NAD, il che vuol dire un’ulteriore resa

di altre due molecole di ATP, al che bisogna aggiungere una molecola di ATP che si origina dalla demolizione del

succinil-CoA, attraverso una reazione di fosforilazione a livello del substrato, per un totale di 15 molecole di ATP

prodotte in un solo ciclo di Krebs. Poiché da una molecola di glucosio si originano due molecole di piruvato la resa

totale di ATP è di 30 molecole. A queste bisogna aggiungere sei molecole di ATP che si ottengono dall’ossidazione

delle due molecole di NADH che si formano durante il processo di glicolisi che porta ad acido piruvico, nonché le due

molecole di ATP che nello stesso processo si formano mediante fosforilazione a livello del substrato. In questo modo si

ha una resa totale netta di 38 molecole di ATP contro le sole 2 che si ottengono dalla fermentazione della stessa quantità

di substrato.

Come abbiamo già detto, nella respirazione batterica l’accettore inorganico esterno è l’ossigeno libero che viene ridotto

ad acqua. Alcuni batteri tuttavia possono usare alcuni materiali inorganici diversi dall’ossigeno e, quindi, svolgere i

3-

processi energetici anche in assenza di ossigeno. L’accettore più usato oltre l’ossigeno è il nitrato (NO ) che viene

2=

ridotto a nitrito (NO ).

A seconda che i batteri svolgano le reazioni energetiche in presenza di ossigeno o meno, essi si distinguono in batteri

aerobi e batteri anaerobi, a loro volta distinguibili in batteri aerobi obbligati, batteri aerobi-anaerobi facoltativi e

batteri anaerobi obbligati.

Sono aerobi obbligati quei batteri che possono crescere solo in presenza di aria.

Sono aerobi-anaerobi facoltativi quei batteri che possono vivere sia in presenza sia in assenza di ossigeno libero. Sono

batteri che quindi sono in grado di utilizzare sia il processo fermentativo che quello respiratorio.

Sono anaerobi obbligati quei batteri che possono vivere solo in assenza di ossigeno.

Si dicono invece microaerofili quei batteri che non crescono o crescono stentatamente in presenza di aria mentre

crescono molto bene in aria addizionata del 10% di CO o in assenza di ossigeno.

2 25

I meccanismi che condizionano la sensibilità all’ossigeno dei batteri anaerobi obbligati non sono ancora completamente

chiari: una prima interpretazione è quella che lega la condizione di anaerobio obbligato alla produzione dell’enzima

catalasi, in grado di scindere i perossidi che si producono in presenza di ossigeno. E’ certo che i perossidi che si

formano nei terreni di coltura per esposizione all’aria sono nocivi per molti anaerobi obbligati. E’ probabile quindi che

la mancata produzione di catalasi in qualche anaerobio obbligato sia un fattore fondamentale nel condizionarne tale

caratteristica.

Più recentemente è stato messo in evidenza che pur potendo qualche volta produrre catalasi i batteri anaerobi obbligati

più esigenti non producono di norma l’enzima superossido-dismutasi, che è invece costantemente presente nei batteri

aerobi o aerobi-anaerobi facoltativi in possesso di citocromi e che si trova pure presente (in quantità ridotta) negli

anaerobi e nei microaerofili anche se sprovvisti di catalasi. La funzione della superossido-dismutasi sarebbe quella di

proteggere il batterio che metabolizza in presenza di ossigeno dall’azione nociva del radicale superossido libero che è

un prodotto intermedio risultante dalla riduzione univalente dell’ossigeno molecolare.

Un ulteriore fattore di notevole importanza per la obbligatorietà della condizione di anaerobiosi sembra, infine,

rappresentato dal potenziale di ossidoriduzione (E ) dell’ambiente di crescita. La grande maggioranza degli anaerobi

h

obbligati non riescono a crescere se non a valori di E molto bassi e incompatibili con la presenza di ossigeno e per

h

alcuni di essi questa condizione sembra l’unica limitante.

LE ESIGENZE NUTRIZIONALI DEI BATTERI E LA SINTESI DEI PRECURSORI A BASSO PESO

MOLECOLARE

I batteri patogeni per l’uomo necessitano tutti di composti organici, sia come substrati per i processi di catabolismo

energetico, sia come fonte alimentare di carbonio. Nonostante ciò, le esigenze nutrizionali delle diverse specie

batteriche possono presentare delle diversificazioni. Alcuni batteri possono presentare una generica necessità di

composti organici. In altri casi le necessità di sostanze organiche sono molto ampie e relative a composti ben definiti

che il batterio non può sintetizzare ma di cui necessita come intermedi in particolari reazioni metaboliche o come

elementi costitutivi di particolari macromolecole. In questo caso la crescita del batterio è possibile solo se siano presenti

nell’ambiente tutti quei fattori specifici (fattori di crescita) di cui il batterio necessita ma che non riesce a sintetizzare.

I varia alimenti utilizzati da una cellula provengono ovviamente dall’ambiente esterno e sono utilizzati da essa solo

quando siano penetrati all’interno. I batteri possono accumulare all’interno del citoplasma varie sostanze

indipendentemente dalla loro concentrazione nell’ambiente, il che comporta la spesa di energia e l’impiego di sistemi di

trasporto specifici per i vari materiali. Di norma i sistemi di trasporto consentono solo l’introduzione di molecole

relativamente semplici che non sempre si trovano come tali nell’ambiente. A questo inconveniente la cellula rimedia

mediante l’eliminazione all’esterno di esoenzimi (idrolasi) che demoliscono le macromolecole presenti nell’ambiente in

composti idonei al trasporto nell’interno della cellula.

Per la cellula batterica i composti a basso peso molecolare hanno due funzioni: rappresentano gli elementi costitutivi

con cui sono formate le macromolecole o possono prendere parte al metabolismo cellulare senza essere integrati in

molecole più grandi. Le varie vie biosintetiche dei composti a basso peso molecolare formano un intreccio di reazioni

metaboliche che, partendo da un numero limitato di precursori comuni e da alcuni cicli metabolici fondamentali (ciclo

di Krebs), si irradiano secondo sequenze metaboliche sempre più specifiche, attraverso le quali si arriva ad un gran

numero di composti ciascuno con un preciso destino metabolico.

LE SINTESI MACROMOLECOLARI

I componenti che caratterizzano funzionalmente la cellula batterica sono rappresentati dagli acidi nucleici (DNA e

RNA) e dalle proteine. Dal punto di vista strutturale la cellula batterica possiede inoltre un polimero assolutamente

caratteristico, il peptidoglicano, che forma il componente essenziale della parete cellulare.

LA REPLICAZIONE DEL DNA

Nei batteri le informazioni genetiche sono contenute nell’unico cromosoma formato da una molecola di DNA a struttura

circolare. Tutti i batteri possiedono in aggiunta al cromosoma una variabile serie di molecole informazionali, anch’esse

formate da DNA, di norma a struttura circolare, chiamate plasmidi. Essi contengono una serie di informazioni

genetiche che, pur potendo condizionare grandemente il fenotipo della cellula e le sue capacità di adattamento e

sopravvivenza in particolare situazioni ambientali, non sono però essenziali per la sopravvivenza di base della cellula e

possono essere “perse”, senza condizionare definitivamente le possibilità metaboliche di base del microrganismo.

Durante la replicazione, il DNA del cromosoma batterico mantiene la forma circolare, il che comporta una serie di

complessi problemi topologici, per la separazione delle catene polinucleotidiche della molecola originale, la formazione

delle forcelle replicative, lo srotolamento progressivo delle molecole di nuova formazione e la loro definitiva

separazione. Questi problemi comportano l’intervento di una serie di fattori proteici, alcuni dei quali dotati di peculiari

attività enzimatiche, tra cui le “topoisomerasi”, che catalizzano la rottura e la riformazione dei legami fosfodiesterici, 26

convertono (isomerizzano) una versione topologica del DNA in un’altra, modificando il numero di avvolgimenti a

spirale che le due catene polinucleotidiche formano l’una con l’altra.

LA SINTESI DI RNA E LA TRASCRIZIONE NELLA CELLULA BATTERICA

Anche la cellula batterica contiene tre classi di RNA (m-RNA, r-RNA e t-RNA).

Nella cellula batterica esiste un solo enzima (RNA-polimerasi) in grado di catalizzare la polimerizzazione dei

ribonucleotiditrifosfato sul template delle sequenze complementari di DNA.

Gli m-RNA batterici si differenziano da quelli eucariotici per essere frequentemente policistronici, cioè con la

possibilità di essere tradotti direttamente in differenti proteine, e devono essere quindi provvisti di segnali di iniziazione

e di arresto del processo di traduzione, in corrispondenza dei diversi polipeptidi codificati.

Un’altra differenza degli m-RNA batterici è rappresentata dal fatto che quelli funzionali sono colineari con la sequenza

di DNA trascritta, vale a dire non sono soggetti ai complessi meccanismi di rimaneggiamento e di elaborazione

(splicing) che precedono il trasferimento degli m-RNA eucariotici dal nucleo al citoplasma.

Infine, gli m-RNA batterici, poiché sono sintetizzati nel citoplasma per l’assenza di un compartimento nucleare, si

legano immediatamente ai ribosomi, che ne iniziano la traduzione nella catena polipeptidica corrispondente, già prima

che la sintesi del messaggero sia stata definitivamente completata.

LA SINTESI DELLE PROTEINE

Le sintesi proteiche si svolgono nella cellula batterica seguendo lo schema generale delle sintesi proteiche quali si

verificano nelle cellule eucariotiche. Molto spesso nei batteri, l’aminoacido N-terminale della catena polipeptidica (che

è quello che inizia la catena polipeptidica) è rappresentato da metionina. Ciò significa che la metionina ha una funzione

preminente come iniziatore della catena peptidica. Essa viene rapidamente formilata a livello dell’α-aminogruppo,

probabilmente per bloccarne il gruppo amminico ed impedire che esso possa reagire nella formazione di legami

peptidici. Da questo deriva che buona parte delle proteine batteriche iniziano con una molecola di formil-metionina.

SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO

Il processo di sintesi del peptidoglicano comincia con la sintesi dei precursori iniziali nel citoplasma, prosegue con il

loro completamento durante il trasporto attraverso la membrana citoplasmatica e si conclude con il loro inserimento

finale nella parete cellulare. Le fasi finali del processo sono catalizzate da una serie di enzimi che presentano la

caratteristica assolutamente peculiare di legare covalentemente la penicillina ed altri antibiotici -lattamici e sono

pertanto noti come “proteine leganti la penicillina” o PBP.

Nel citoplasma, una molecola di N-acetilglucosamina-fosfato (NAG-P) si lega ad una molecola di uridina-trifosfato,

con la liberazione di un radicale fosforico, portando alla formazione di una molecola di UDP-NAG alla quale si lega

successivamente una molecola di fosfo-enolpiruvato, in una reazione che è inibita dall’antibiotico fosfomicina (un

analogo strutturale del fosfo-enolpiruvato), portando alla formazione di una molecola di UDP-NAG-piruvato. A questo

punto il piruvato viene ridotto ad acido lattico con formazione di una molecola di acido muramico (NAM) che, ancora

legato all’UDP (UDP-NAM), funziona da accettore per alcuni aminoacidi. A questo punto, il NAM-pentapeptide,

liberato dall’UDP che cede un altro radicale fosforico, lascia il citosol legandosi ad un vettore lipidico della membrana

citoplasmatica. Questo legame avviene contemporaneamente al trasferimento di un legame fosforico dall’UDP e la

liberazione di UMP. Al NAM-pentapeptide, legato al vettore lipidico della membrana citoplasmatica, viene aggiunta

una molecola di N-acetilglucosamina con la formazione di una completa unità basale del peptidoglicano. A questo

punto una serie di unità basali complete sono polimerizzate e legate trasversalmente tramite l’intervento delle PBP 1A e

1B che agiscono contemporaneamente sia da enzimi transglicosilanti (in grado di legare le varie unità basali), sia da

enzimi transpeptidanti (in grado di stabilire legami tra i polimeri lineari di peptidoglicano adiacenti).

A questo punto, i corti polimeri di peptidoglicano sono liberati dal vettore lipidico e trasferiti all’esterno della

membrana cellulare dove viene staccata una molecola di D-alanina e l’energia liberata viene utilizzata per

l’inserimento, ad opera di altre PBP, dei vari frammenti polimerici di peptidoglicano nei siti di allungamento della

parete o di formazione dei setti.

Tutte le operazioni terminali di polimerizzazione, transpeptidazione ed inserimento delle unità peptidoglicaniche nella

parete cellulare, catalizzate dagli enzimi con proprietà di PBP, risultano bloccate dagli antibiotici β-lattamici, che

agiscono legandosi alle proteine enzimatiche, e dagli antibiotici glicopeptidici, che agiscono legandosi al substrato.

L’undecaprenil-difosfato liberato dal legame con i corti polimeri di peptidoglicano trasferiti nella parete cellulare, viene

defosforilato ed è riciclato per il trasporto di un’altra molecola di precursore peptidoglicanico.

Nei batteri Gram-negativi la sintesi del peptidoglicano ha il compito di garantire l’allungamento della parete o la

formazione dei setti.

Nei batteri Gram-positivi la sintesi del peptidoglicano ha il compito di assicurare il mantenimento di un adeguato

spessore della parete cellulare mediante l’interposizione dall’interno di nuovi strati di peptidoglicano, per bilanciare la

desquamazione degli strati più esterni, sottoposti ad usura continua. 27

I BATTERI: LA RIPRODUZIONE

BATTERICA E LA PRODUZIONE DI

SPORE

I batteri si riproducono per scissione semplice, dove per semplice si intende più la superficialità delle nostre conoscenze

che una reale semplicità del processo. Alcuni bacilli Gram-positivi, aerobi ed anaerobi, in determinate condizioni

ambientali danno luogo alla formazione di particolari cellule strutturalmente e funzionalmente differenziate cui si dà il

nome di spore.

LA RIPRODUZIONE BATTERICA

La divisione di una cellula batterica in due cellule figlie non è per nulla paragonabile al processo mitotico delle cellule

eucariotiche.

Come abbiamo già detto, il materiale genetico primario dei batteri (DNA) è organizzato in un’unica struttura di forma

circolare, cui si dà il nome di cromosoma batterico o cromonema.

Il materiale cromosomico è ancorato alla membrana citoplasmatica; la duplicazione del cromosoma batterico si

accompagna alla duplicazione del punto di attacco alla membrana, per cui i due nuovi cromosomi sono ancorati alla

membrana citoplasmatica ciascuno separatamente. Successivamente si ha l’accrescimento delle membrane batteriche ed

il conseguente allungamento della cellula batterica, partendo dal punto di separazione tra le due zone della membrana

cui sono ancorate le due strutture cromosomiche. Continuando l’accrescimento della cellula nella porzione centrale, le

due strutture cromosomiche si allontanano sempre di più l’una dall’altra per l’allontanamento reciproco delle zone della

membrana cui essi sono ancorati. In questo modo le due strutture cromosomiche, seguendo passivamente lo

spostamento del punto di attacco alla membrana durante l’accrescimento cellulare, vengono distanziate in modo

sufficiente perché la separazione delle due cellule figlie le trovi dislocate nelle due zone corrispondenti di citoplasma.

La separazione di una cellula batterica nelle due cellule figlie è causata dalla formazione di un setto che si diparte dalla

membrana citoplasmatica e si approfonda con direzione centripeta nel citoplasma lungo un piano che nei bacilli è

perpendicolare all’asse maggiore della cellula e nei cocchi è pressappoco equatoriale.

LA FASE “L” DEI BATTERI

Un’eccezione alle modalità di riproduzione è costituita dalla cosiddetta Fase L presentata da alcuni batteri. I batteri in

fase L sono caratterizzati dall’assenza di una parete cellulare rigida, per cui essi sono molto fragili, con una forma

estremamente variabile e molto sensibili a varie modificazioni ambientali. Anche le dimensioni sono molto variabili ed

è spesso possibile trovare cellule di dimensioni piccolissime vicino a cellule di notevoli dimensioni.

I batteri in fase L si moltiplicano in vitro in terreni di coltura particolarmente ricchi e di norma danno luogo a colonie

non visibili ad occhio nudo e di aspetto caratteristico. Nonostante l’assenza di una parete cellulare rigida in fase L

presentano molti caratteri antigeni in comune con la specie originaria e possono di nuovo dare origine a cellule

batteriche “normali”. Molte specie batteriche sono capaci di dar luogo alla produzione di forme L, in genere sotto lo

stimolo di condizioni ambientali sfavorevoli alla sintesi del peptidoglicano.

LA PRODUZIONE DI SPORE

La presenza di una spora all’interno di un batterio è facilmente evidenziabile all’osservazione al microscopio ottico:

essa appare come un corpicciolo rifrangente e incolore all’interno del batterio, essendo la spora difficilmente

penetrabile da sostanze estranee come i coloranti.

ULTRASTRUTTURA DELLA SPORA

All’interno della spora è il citoplasma, circondato dalla membrana plasmatica, alla cui faccia interna è addossato il

materiale nucleare. La membrana plasmatica è rivestita da una parete cellulare rudimentale (formata da peptidoglicano).

Intorno a questa porzione centrale si trovano una serie di membrane molto voluminose ed assolutamente peculiari della

spora. Esse sono, dall’interno all’esterno:

- una corteccia (o cortex) formata essenzialmente da peptidoglicani, non necessariamente identici a quelli della

parete cellulare, che contengono inglobati residui citoplasmatici della cellula madre (sporangio) 28

- due rivestimenti (o coats), denominati rispettivamente interno ed esterno, composti da proteine molto stabili e

talora una certa quantità di peptidoglicano

- una sottile membrana (o esosporio) di composizione fosfolipoproteica simile a quella della membrana

plasmatica, contenente una certa quantità di acidi teicoici, tracce di acido diaminopimelico e glucosamina.

Un componente caratteristico della spora è l’acido dipicolinico, un acido di carbossilico che insieme a grandi quantità di

calcio si trova localizzato nella cortex di cui sembra contribuisca a stabilizzarne la struttura.

CARATTERI FUNZIONALI DELLA SPORA

Nella spora le attività enzimatiche sono assai scarse e scarso o assente è il consumo di ossigeno. Da sottolineare è

l’assenza completa di sintesi macromolecolari. La spora è estremamente resistente alla penetrazione di sostanze estranee

a causa degli spessi involucri da cui è circondata. La spora è inoltre meno ricca di acqua della forma vegetativa e, in

confronto a questa, è molto più resistente all’essiccamento, alle radiazioni ultraviolette e gamma, ed al calore.

L’integrità dei due rivestimenti (coats) ricchi di proteine solforate e della cortex con il suo contenuto in calcio ed acido

dipicolinico sembrano essere essenziali per il mantenimento della termoresistenza, il cui meccanismo di fondo deve

comunque risiedere in una particolare stabilizzazione della struttura secondaria e terziaria delle proteine sporali.

MORFOGENESI DELLA SPORA

Il primo evento morfologicamente apprezzabile del processo di sporificazione consiste nell’addensamento del materiale

nucleare che si dispone a sbarra; si ha quindi una divisione nucleare e la separazione dei due nuovi nuclei, uno dei

quali, migrato verso un polo cellulare, viene racchiuso in una porzione di citoplasma, che è separata dal resto della

cellula mediante la formazione di un setto di membrana citoplasmatica; intorno a questa formazione (prespora) inizia la

deposizione delle varie membrane, mentre il materiale nucleare si dispone accollato alla faccia interna della membrana;

la spora, completa degli involucri, viene ricoperta dall’esosporio e quindi si libera nell’ambiente per la disintegrazione

dello sporangio.

FISIOLOGIA DELLA SPORIFICAZIONE E SIGNIFICATO DELLA SPORA

La sporogenesi batterica può essere considerata una particolare espressione delle capacità di adattamento cellulare alla

disponibilità di alimenti nell’ambiente. Ogni specie batterica sporigena può essere indotta alla formazione della spora o

mantenuta costantemente in fase vegetativa. Quando il progressivo esaurimento delle sostanze nutritive e l’accumulo di

cataboliti provocano un rallentamento della moltiplicazione, inizia il processo di sporificazione. Questo processo può

anche essere inibito mediante l’aggiunta di nuovi alimenti nell’ambiente.

La definizione che più sottolinea l’importanza sia dello stato fisiologico cellulare sia il peso delle forniture nutritive

dell’ambiente nell’induzione della sporogenesi, è stata data da Knaysi:

“le spore sono formate da cellule sane minacciate dalla fame”.

Il processo di sporificazione può essere interpretato come il risultato di un processo di divisione cellulare asimmetrica,

provocato da uno squilibrio nel processo di moltiplicazione cellulare a causa dell’allontanamento dell’ambiente dalle

condizioni ottimali per lo sviluppo batterico, in cui si producono due cellule di dimensioni diverse, delle quali la più

grande ha il compito di fornire alla più piccola le strutture necessarie alla trasformazione in una spora.

LA GERMINAZIONE DELLA SPORA

La germinazione della spora, ossia la formazione, a partire dalla spora, di una cellula vegetativa, si verifica quando le

condizioni ambientali ritornano favorevoli alla crescita batterica. Molto spesso è però necessaria anche un’iniziale

attivazione della spora, che si può ottenere mediante una breve esposizione al calore (65-80° per pochi minuti) e che in

natura è il risultato dell’invecchiamento, con le sue molteplici ed infinite conseguenze. L’attivazione consiste in un

danneggiamento e quindi in una permeabilizzazione degli involucri della spora, che rende possibile l’avvio degli scambi

metabolici con l’ambiente.

Il primo evento visibile è la comparsa di materiale nucleare organizzato come nella cellula vegetativa e quindi dalla

produzione di una parete cellulare completa, seguita dalla fuoriuscita della cellula vegetativa dagli involucri sporali

alterati. Tutto ciò è accompagnato dall’eliminazione dalla spora dell’acido dipicolinico e di grandi quantità di calcio,

dalla ricomparsa della termosensibilità e dalla ripresa della sintesi macromolecolare.

I BATTERI : LA COLTIVAZIONE

BATTERICA 29

I TERRENI DI COLTURA

La coltivazione dei batteri in laboratorio richiede l’impiego di terreni o mezzi di coltura con i quali si cerca di riprodurre

artificialmente un ambiente in grado di soddisfare le esigenze metaboliche del batterio che si desidera coltivare.

I terreni di coltura si distinguono in liquidi e solidi e differiscono soltanto per lo stato fisico.

Il materiale solidificante più usato è l’agar, un polisaccaride acido estratto da alcune alghe che, disciolto a caldo in un

liquido, ne provoca durante il raffreddamento la gelificazione. L’agar non è tossico per i batteri e solo pochissimi di essi

possiedono enzimi in grado di attaccarlo. La superficie di un terreno gelificato con agar è abbastanza solida per

consentire varie manipolazioni, abbastanza umida per consentire la replicazione batterica, ma non tanto ricca di acqua

da consentire liberamente il movimento dei batteri provvisti di flagelli.

La composizione chimica dei diversi terreni di coltura è naturalmente differente in relazione alle necessità nutrizionali

del batterio che si desidera coltivare. I terreni di base usati in batteriologia medica, per la coltivazione dei batteri senza

particolari esigenze nutritive, sono costituiti dal “brodo normale” e dal “brodo normale solidificato con agar” o “agar

normale”. Il brodo normale è costituito da una soluzione allo 0,5% di peptoni (prodotti solubili derivati dalla digestione

enzimatica della carne) arricchita dello 0,3% di estratto di carne, il tutto portato all’isotonicità mediante aggiunta di

NaCl e tamponato intorno a pH 7,0 con un tampone di fosfati.

L’agar normale è costituito dal brodo normale addizionato dello 1,5% di agar.

Ai terreni di base si aggiungono, di volta in volta e a seconda delle esigenze nutrizionali del batterio che si desidera

coltivare, vari altri materiali come: sangue, siero, liquido ascitico, estratto di lievito, etc.

Naturalmente non è sufficiente che il terreno di coltura risponda alle sole necessità nutrizionali ed ai requisiti fisico-

chimici del metabolismo di un dato batterio, perché la coltivazione abbia successo. E’ necessario che anche l’ambiente

in cui il terreno viene mantenuto sia idoneo alle particolari esigenze del batterio in questione. Il terreno dovrà essere

incubato alla temperatura ottimale per il metabolismo batterico (in genere intorno ai 36°C); dovrà essere fornitala

concentrazione di CO necessaria che di norma coincide con quella presente nell’aria; si dovrà assicurare la presenza di

2

ossigeno per i batteri aerobi oppure si dovrà provvedere alla sua eliminazione per la coltura di batteri anaerobi obbligati.

LO SVILUPPO DEI BATTERI IN TERRENI LIQUIDI

Lo sviluppo dei batteri in terreni liquidi si appalesa con un intorbidamento del terreno, che può avere un aspetto diverso

a seconda della specie batterica interessata (uniforme, a fiocchi, a granuli, etc.), può interessare tutto il recipiente di

coltura o solo lo strato superficiale o addirittura formare una pellicola sulla superficie del liquido.

LA CURVA DI CRESCITA DI UNA POPOLAZIONE BATTERICA

Misurando la quantità di batteri presenti nell’unità di volume di un terreno liquido a diversi intervalli di tempo, si può

costruire un grafico che rispecchia la cinetica del processo replicativo della popolazione batterica della coltura. Il

grafico dimostra la presenza di diversi periodi o fasi nel processo moltiplicativo.

Una prima fase è quella di latenza. In questo periodo non si ha aumento del numero di batteri o solo un modesto

incremento nella massa totale. La fase di latenza è dovuta alla necessità per i batteri di sintetizzare gli enzimi necessari

alla metabolizzazione dei substrati presenti nel terreno. Quando tutti i batteri presenti nella coltura sono in grado di

portare a termine i processi metabolici necessari alla riproduzione, inizia la fase esponenziale o logaritmica di crescita,

30

nella quale l’aumento del numero di batteri e della massa totale sono paralleli e procedono con un incremento

progressivamente crescente in rapporto al tempo. Nella fase esponenziale, poiché tutti i batteri si moltiplicano, dopo

ogni generazione si ha un numero di batteri doppio di quello precedente. Naturalmente il ritmo esponenziale di crescita

non può durare continuamente. Il progressivo esaurimento dei nutrimenti e l’accumulo di scorie tossiche del

metabolismo provocano un allungamento del tempo di moltiplicazione nonché l’arresto della moltiplicazione di un

numero sempre maggiore di batteri. La popolazione batterica, quindi, attraverso la fase di decelerazione della crescita

entra in quella che si chiama la fase stazionaria, in cui pur avendosi ancora un modico aumento della massa totale, il

numero di batteri vivi rimane costante in quanto la maggior parte dei batteri non si moltiplica più e il numero di batteri

prodotti dalle poche divisioni cellulari ancora possibili è bilanciato dalla morte di altri batteri. Continuando

l’incubazione della coltura la popolazione batterica entra nella fase di morte o fase di declino in cui il numero di batteri

cala progressivamente in quanto il numero di batteri che muoiono sopravanza sempre di più il numero di batteri ancora

in grado di riprodursi.

LO SVILUPPO DEI BATTERI IN TERRENI SOLIDI

Inoculati alla superficie di un terreno gelificato con agar, i batteri possono crescere formando una patina o colonie

isolate.

La produzione di una patina si osserva nelle colture inoculate con un numero sufficiente di batteri perché i batteri

originali da ogni singolo centro di crescita (inoculum iniziale) confluiscano in un’unica massa; la produzione di colonie

si ha invece quando il numero di batteri nell’inoculum iniziale sia sufficientemente piccolo perché i singoli centri di

crescita diano luogo a singole masse di batteri separate le une dalle altre.

Le colonie batteriche possono avere diverso aspetto a seconda delle caratteristiche del batterio ed in genere la forma

delle colonie è in rapporto con la forma del batterio da cui sono costituite. I tipi più importanti di colonie sono: le

colonie S, le colonie R e le colonie mucose. Le colonie S sono lisce, di consistenza cremosa; le colonie R sono più

secche, con superficie rugosa e margini in genere frastagliate; le colonie mucose sono proprie dei batteri che producono

una capsula abbondante ed hanno l’aspetto indicato dalla denominazione.

Il passaggio dalla fase S a quella R si accompagna in genere alla perdita di un componente superficiale del batterio

(capsula nei pneumococchi, la porzione periferica della componente lipopolisaccaridica della parete cellulare nei bacilli

Gram-negativi), con la conseguente modificazione dell’aspetto della colonia. I batteri in fase R presentano ovviamente

caratteri antigeni modificati ed un potere patogeno diminuito.

LE COLTURE ISOLANTI

Le colture isolanti tendono allo scopo di isolare un batterio dal materiale di origine e dalle specie microbiche

contaminanti, ottenendo quella che viene chiamata una coltura pura, costituita cioè esclusivamente da tutti batteri

identici.

I terreni che di norma si utilizzano per queste colture sono terreni solidi, poiché se fossero usati terreni liquidi si

otterrebbe sempre una coltura in cui sono frammisti i batteri delle specie originali. Usando terreni solidi, invece, alla cui

superficie anche i germi provvisti di flagelli sono incapaci di movimento, ed inoculandoli in modo che i singoli batteri

presenti nel materiale originale vengano deposti sul terreno sufficientemente distanziati gli uni dagli altri, avremo che

ogni batterio si moltiplicherà nella sede in cui è stato inizialmente depositato, dando luogo, dopo un opportuno periodo

di incubazione, allo sviluppo di colonie separate. Prelevando asetticamente dei batteri da una colonia avremo la

possibilità di allestire una coltura pura, in quanto formata da batteri tutti derivati dall’unico batterio che ha dato origine

alla colonia. Per l’isolamento si usano normalmente terreni solidi in piastre, in modo da avere a disposizione una

superficie tale da consentire una semina che permetta di ottenere colonie batteriche opportunamente distanziate. Per

ottenere questo scopo si possono usare due metodi: la semina per disseminazione in superficie e la semina per

diluizione nella massa di terreno solido liquefatto.

SEMINA PER DISSEMINAZIONE IN SUPERFICIE

Si prepara una piastra versandovi dell’agar fluidificato al calore in modo da ottenere uno spessore del terreno di 5-8

mm, si lascia solidificare e si porta la piastra in termostato lasciandovela socchiusa per 15-20 min affinché la superficie

del terreno si asciughi perfettamente. Ritirata la piastra dal termostato, per mezzo di una pipetta o di un’ansa si depone

una goccia di materiale sulla superficie del terreno in vicinanza dei margini della piastra. Quindi per mezzo di una

scatolina di vetro sterile si distende il materiale su tutta la superficie della piastra, avendo cura di non ripassare mai con

la spatola nel medesimo posto. Così fatto avverrà che i germi presenti nel materiale verranno depositati sulla superficie

del terreno in punti molto ravvicinati nei primi tratti di strisciamento e più distanziati negli ultimi tratti cosicché,

mettendo il terreno di coltura in termostato, dai batteri si svilupperanno colonie molto ravvicinate o confluenti fra di

loro in un’unica patina oppure separate a seconda dei vari tratti di superficie della piastra stessa. In questo modo si

ottengono colonie derivate da un solo batterio e da cui si potranno ottenere le colture pure. Questo metodo è quello

preferibile e più comunemente usato. 31

SEMINA PER DILUIZIONE NELLA MASSA DI UN TERRENO SOLIDO

Abbiamo già detto come i terreni solidificati con agar consentano, dopo fluidificazione e raffreddamento, l’allestimento

di colture di agar-batteri. Con questa tecnica è possibile, ad esempio, enumerare i batteri vivi in un dato materiale

allestendo miscele di agar-batteri con varie diluizioni del materiale in esame, e versando le miscele in altrettante piastre

che dopo solidificazione sono incubate per il tempo necessario allo sviluppo di colonie. Nelle prime diluizioni, dove il

numero di batteri è elevato, le singole zone di crescita confluiscono nella massa dell’agar provocando un

intorbidamento uniforme del terreno. Nelle piastre allestite con le diluizioni successive si otterrà un numero sempre

minore di colonie fino a che quest’ultime saranno sufficientemente distanziate per essere contate e per consentire di

risalire, tenendo presente il fattore di diluizione, al numero di batteri presenti nel materiale originale.

LE COLTURE DI MANTENIMENTO

Per mantenere una coltura batterica in laboratorio è necessario procedere a periodici trapianti in terreni freschi onde

evitare la morte di tutti i batteri per l’esaurimento delle possibilità di metabolizzazione nel terreno iniziale. Per ridurre la

frequenza dei trapianti, in genere le colture vengono mantenute a temperature inferiori a quelle ottimali dopo che lo

sviluppo batterico ha raggiunto l’inizio della fase stazionaria. Per la conservazione di batteri per tempi molto lunghi si

ricorre anche all’essiccamento in liquidi ricchi di sostanze proteiche o alla liofilizzazione.

I BATTERI : GENETICA BATTERICA

Il genoma batterico presenta alcune caratteristiche peculiari:

- presenza di un unico cromosoma e assenza di un complemento diploide dei vari geni

- assenza di istoni

- tendenza dei geni batterici ad essere legati in unità trascrizionali multicistroniche denominate “operon”

- utilizzazione di quasi tutta la sequenza di DNA per la codificazione di proteine o la regolazione della

trascrizione, con l’assenza di sequenze di DNA “ridondanti”

- presenza di sequenze codificatrici su ambedue le catene del DNA cromosomico, con frequenza pressoché

identica

- colinearità dei geni con la sequenza aminoacidica delle proteine codificate dell’assenza di introni nei geni

- esistenza di unità genetiche accessorie (plasmidi) in aggiunta al singolo cromosoma

LA PLASTICITA’ DEL GENOMA BATTERICO

I PLASMIDI

I plasmidi sono elementi genetici extracromosomici, formati da una molecola di DNA bicatenario a struttura circolare le

cui variabili dimensioni sono estremamente più piccole rispetto a quelle del cromosoma batterico. In genere i plasmidi

di maggiori dimensioni sono presenti in un’unica copia, mentre di quelli di dimensioni inferiori un batterio ne può

contenere più copie. Naturalmente ogni specie batterica ha un corredo plasmidico peculiare e, anche nell’ambito della

stessa specie batterica, i plasmidi possono essere classificati in “gruppi di compatibilità” sulla base della possibilità di

coesistere o meno nella stessa cellula. Nella maggior parte dei casi, i plasmidi hanno una scarsa o assente omologia di

sequenze di basi con il DNA cromosomico e, per questo, possono essere considerati elementi genetici estranei.

Tutti i plasmidi possiedono una serie di geni che codificano i materiali necessari e sufficienti alla loro duplicazione ed

alla loro ripartizione tra le cellule figlie al momento della divisione cellulare e, quando non contengano ceni che

codificano altri prodotti noti, sono anche denominati plasmidi criptici.

Molti plasmidi possiedono informazioni genetiche ulteriori in grado di codificare prodotti utili a garantire la

sopravvivenza del batterio in particolari situazioni. Le proprietà cellulari codificate da questi plasmidi sono numerose e

comprendono, tra l’altro, la produzione di tossine, pili ed altri tipi di adesine, enzimi in grado di conferire resistenza

contro diversi farmaci antibatterici, batteriocine (proteine tossiche in grado di uccidere altri batteri), siderofori batterici

3+

con la funzione di accumulare nella cellula ioni Fe , etc.

Alcuni plasmidi, denominati plasmidi coniugativi, possiedono un set di geni che codificano una serie di prodotti che

sono in grado di promuovere un intimo contatto tra cellule diverse ed il successivo trasferimento del plasmide attraverso

un ponte coniugativo, consentendo così il trasferimento orizzontale del plasmide, in aggiunta alla trasmissione verticale

32

che è possibile per tutti i plasmidi. La mobilizzazione del cromosoma prevede sempre l’integrazione (ossia l’inserzione

con legami covalenti) del plasmide nel cromosoma batterico. Anche plasmidi non coniugativi possono però integrarsi

nel cromosoma in modo permanente o temporaneo. I plasmidi che possono godere di replicazione autonoma o integrarsi

nel cromosoma e replicarsi con esso sono denominati episomi.

LE SEQUENZE DI INSERZIONE, I TRASPOSONI E GLI ELEMENTI INVERTIBILI

Sia il cromosoma batterico sia i plasmidi contengono alcune peculiari sequenze di DNA che possiedono la singolare

caratteristica di poter traslocare, attraverso particolari meccanismi, da una zona all’altra del genoma. Globalmente

questi elementi sono denominati elementi trasponibili e sono rappresentati fondamentalmente dalle sequenze di

inserzione (IS), dai trasposoni (TN) e dagli elementi invertibili. Essi sono in grado di traslocare in un'altra zona del

materiale genetico batterico, previa duplicazione. In altre parole, l’elemento trasponibile originale rimane nella sede

iniziale mentre una sua copia compare in un’altra zona del genoma. L’inserzione di un elemento trasponibile in una

nuova residenza ha di sovente un effetto mutageno, in quanto esso viene generalmente ad interrompere la sequenza di

un gene impedendone la funzione e, a volte, provocando la morte della cellula.

Le sequenze di inserzione sono piccoli tratti di DNA, i cui estremi sono caratterizzati dalla presenza di corte sequenze

nucleotidiche ripetute, in cui le singole basi si susseguono in ordine invertito o nello stesso ordine, le quali hanno la

funzione di consentire l’inserzione ed il successivo definitivo legame con il DNA bersaglio. Le sequenze di inserzione

sono in grado di codificare esclusivamente le funzioni (enzimi, etc.) necessarie all’inserzione di una loro copia in una

nuova residenza genomica e la loro trasposizione ha, sembra, come unica conseguenza un effetto mutageno.

I trasposoni sono elementi genetici di maggiori dimensioni e di più complessa organizzazione. Ad ogni estremo del

segmento di DNA è presente una sequenza di inserzione ed un’ulteriore sequenza di basi. Nelle due sequenze di

inserzione sono naturalmente presenti le informazioni necessarie a codificare i materiali necessari al trasferimento,

mentre la parte centrale (o core) del trasposone contiene una serie di geni che codificano numerosi prodotti e in

particolari una serie di enzimi tra i quali alcuni in grado di inattivare una serie di farmaci antibatterici.

La scoperta degli elementi trasponibili ha aperto la strada per la comprensione della cosiddetta variazione di fase nella

composizione antigenica dei flagelli. E’ noto da tempo che i batteri possono alternativamente presentare flagelli con due

diversi make-up antigenici: i cosiddetti flagelli di fase 1 e di fase 2. Per i batteri questa possibilità di variazione dei

caratteri antigeni flagellari consente loro di sottrarsi alla risposta immune dell’ospite durante l’infezione. Il meccanismo

di questo fenomeno è stato chiarito con la scoperta degli elementi trasponibili denominati elementi invertibili. Essi sono

simili al trasposone ma differiscono da esso in quanto codificano anche un enzima peculiare denominato DNA-

invertasi, capace di invertire l’orientamento del segmento di DNA che lo possiede, nella sua collocazione del

cromosoma. In altre parole essi sono in grado oltre che a saltare da una residenza all’altra del genoma, anche di invertire

la loro posizione ruotando di 180°.

LE MUTAZIONI

Le mutazioni consistono in modificazioni della sequenza di basi in zone più o meno ampie del DNA e possono essere

rappresentate da microlesioni, quando sia alterata una singola coppia di basi, o in macrolesioni, quando la

modificazione riguardi sequenze di maggiori dimensioni. Le mutazioni sono per la maggior parte conseguenza di errori

nella duplicazione del DNA ed avvengono quindi con una frequenza bassissima dati i numerosi meccanismi che

assicurano un’elevata fedeltà dell’intero processo. La loro frequenza può essere incrementata nei batteri dalla presenza

di geni mutatori che probabilmente codificano una forma difettosa di DNA-polimerasi o, come nelle cellule

eucariotiche, dalla presenza ambientale di agenti mutageni. Le principali mutazioni microlesionali sono:

- transizione: sostituzione di una base purinica (pirimidinica) con un’altra base purinica (pirimidinica)

- transversione: sostituzione di una base purinica con una pirimidinica e viceversa

- frame-shift: aggiunta o perdita di una o due basi che provoca uno scorrimento nella lettura delle triplette

Le principali mutazioni microlesionali sono:

- delezione di più di una coppia di basi

- duplicazione di sequenze preesistenti

- inversione e traslocazione

- errori di duplicazione

Le mutazioni quando portino alla mancata produzione di uno o più prodotti indispensabili per la sopravvivenza della

cellula sono letali.

IL TRASFERIMENTO INTERCELLULARE DEL MATERIALE GENETICO

Tre sono i meccanismi di trasferimento di materiale genetico cromosomico presenti nei batteri: trasformazione,

trasduzione e coniugazione.

TRASFORMAZIONE 33

Sul finire degli anni ’20 Griffith, studiando il problema della patogenicità di Streptococcus pneumoniae,scoprì che

inoculando nel topino una miscela di pneumococchi non capsulati (e quindi avirulenti) e di pneumococchi capsulati

(virulenti) ma uccisi al calore, il topino moriva per setticemia e che i batteri isolati dall’animale erano rappresentati da

pneumococchi capsulati. Il fenomeno non aveva altra spiegazione che la “trasformazione” dei batteri incapaci di

produrre la capsula in batteri in grado di sintetizzare nuovamente la struttura ad opera di una o più sostanze cedute dai

batteri virulenti, presenti contemporaneamente nell’inoculum. Le cellule di un batterio trasformabile non sono però

sempre in questa condizione che, quando è presente, prende il nome di competenza. In una coltura di Streptococcus,

ogni cellula competente, quando la densità della popolazione batterica raggiunge un certo livello, libera una proteina,

denominata fattore di competenza, che si combina con appositi recettori presenti sulla superficie della cellula

produttrice o su quella delle cellule adiacenti e, attraverso appositi segnali di membrana, innesca la depressione di

alcuni geni e la conseguente produzione di 8-10 nuove proteine che consentono l’innesco del processo di

trasformazione. Tra le proteine neoprodotte vi è un’autolisina che digerisce parzialmente una porzione della parete ed

espone un tratto di membrana in cui si posizionano alcune proteine in grado di legare DNA bicatenario (proteine DNA-

binding) ed una nucleasi particolare. Il DNA bicatenario eventualmente presente nell’ambiente viene catturato dalle

proteine DNA-binding ed uno dei suoi filamenti viene digerito dalla nucleasi. Il filamento residuo, legato ad alcune

proteine specifiche, viene introdotto nella cellula ed incorporato in uno dei filamenti di DNA cromosomico in

corrispondenza di alcune zone di omologia di sequenze di basi, portando alla formazione di una struttura ibrida

(eteroduplex) che attraverso la duplicazione porterà alla formazione di una progenie di cui solo una parte conterrà la

porzione di DNA trasformante e le relative informazioni geniche.

Nei batteri Gram-negativi il processo di trasformazione è molto simile a quello descritto per Streptococcus con la sola

differenza che nei Gram-negativi vi è l’assenza del fattore di competenza, sostituito da particolari condizioni del mezzo

colturale.

TRASDUZIONE

Anche i batteri possono essere parassitari da virus specifici, denominati batteriofagi o fagi, formati da una molecola di

acido nucleico racchiusa in un contenitore proteico. Il contenitore proteico ha il compito di mediare la penetrazione

nella cellula bersaglio dell’acido nucleico che – in quello che prende il nome di ciclo litico – utilizzando i sistemi

metabolici cellulari, provvede alla propria replicazione, alla sintesi di nuove proteine ed all’assemblaggio delle nuove

particelle virali che fuoriescono in conseguenza della lisi della cellula infetta. Alternativamente – in quello che prende il

nome di ciclo lisogenico – il batteriofago può integrarsi nel genoma della cellula in precise zone di omologia di

sequenza nucleotidica, rimanendo silente ed essere replicato passivamente. In conseguenza di una serie di stimoli

adeguati, il batteriofago integrato (o profago) può deintegrarsi dal genoma e dare il via ad un ciclo litico con la

produzione di una progenie infettante e la lisi della cellula ospite.

Durante il ciclo litico la replicazione del DNA fagico, prevede la sua circolarizzazione e la produzione, attraverso un

meccanismo di replicazione a “rolling circle”, di una serie di copie del genoma che rimangono a lungo unite in strutture

concatenate. I singoli genomi vengono poi separati da apposite nucleasi ed impaccati all’interno dei contenitori proteici

sintetizzati de novo. In questa operazione può accadere che le nucleasi specifiche taglino dei pezzi di genoma batterico

che finiscono con il presentare caratteristiche idonee al successivo impaccamento nei contenitori proteici predisposti per

inglobare un genoma fagico. Si formano così, insieme alla progenie fagica matura, un numero variabile di particelle

(particelle trasducenti) che pur avendo un involucro proteico in grado di consentire l’interazione con particolari cellule

bersaglio e di mediare la penetrazione del DNA in esse contenuto nella cellula stessa, finiscono con l’avere la sola

funzione di trasferire DNA batterico da una cellula ad un’altra. Questa è la cosiddetta trasduzione generalizzata, dato

che il trasferimento può interessare un frammento di DNA proveniente da qualsiasi zona del genoma della cellula

donatrice.

Il complesso processo di circolarizzazione del tratto di cromosoma corrispondente al genoma fagico e la sua

separazione dall’endogenote può avvenire in modo erroneo provocando l’escissione non del solo genoma fagico

integrato, ma anche di una parte più o meno consistente del genoma fagico insieme ad un tratto di cromosoma batterico

adiacente al sito di integrazione. In questo caso, se il DNA escisso contiene le sequenze idonee a codificarne la

replicazione ed a realizzare la sintesi delle proteine dell’involucro, si otterrà una progenie tutta rappresentata da

particelle fagiche difettive, per la sostituzione di una quota del genoma fagico con un frammento di cromosoma

batterico. Le particelle fagiche difettive saranno in grado di infettare altre cellule bersaglio e anche di integrarsi nel

cromosoma batterico trasferendovi il frammento di DNA di origine eterocellulare, ma, nella grande maggioranza dei

casi, avranno perso definitivamente la capacità di reinnescare un nuovo ciclo litico, per la delezione di una quota del

genoma virale originario. Il DNA eterocellulare che viene trasdotto dalle particelle fagiche defettive può essere

rappresentato solo ed esclusivamente da un frammento cromosomico della zona immediatamente contigua al sito di

integrazione del fago e può quindi interessare solo alcuni peculiari caratteri del batterio donatore. Ecco perché in questo

caso si parla di trasduzione specializzata.

CONIUGAZIONE 34

La coniugazione batterica, ossia il diretto trasferimento di materiale genetico cromosomico da un batterio ad un altro

attraverso un contatto fisico tra le due cellule, è presente nei batteri che possiedono particolari plasmidi, detti appunto

plasmidi coniugativi. Il plasmide coniugativo meglio conosciuto è il plasmide F, una molecola circolare di DNA

bicatenario in grado di replicarsi autonomamente. Circa un terzo del materiale genetico del plasmide è occupato da

almeno 13 geni tra, che formano un operon in grado di codificare i prodotti necessari a controllare il trasferimento

intercellulare del replicon. I geni tra codificano la produzione di un “pilo F” e dei prodotti necessari a facilitare la

replicazione del DNA plasmidico secondo il modello del rolling circle. Oltre ai geni tra, il plasmide contiene un cluster

di quattro elementi IS, altri geni plasmidico e circa un quarto del plasmide non sembra codificare per alcuna funzione.

+ -

Se alcune cellule contenenti un plasmide F (F ) sono mescolate con una popolazione batterica che ne è priva (F ), si

osserva rapidamente la formazione di coppie coniugali conseguenti all’attacco dell’estremo libero del pilo F alla

-

superficie delle cellule F . Tutto ciò innesca una serie di eventi che culminano con il taglio di un filamento del DNA

plasmidico in corrispondenza della zona denominata “oriT” e l’avvio della replicazione del filamento polinucleotidico

tagliato attraverso un meccanismo a rolling circle in direzione 5’→3’. Man mano che la replicazione procede, l’estremo

-

5’ del filamento preesistente, e che era stato tagliato in corrispondenza di oriT, entra nella cellula F . La replicazione ed

il trasferimento avvengono contemporaneamente e uno solo dei due filamenti del DNA plasmidico preesistente viene

trasferito. Una volta completato il trasferimento, il filamento di DNA viene completato, all’interno della cellula

ricettrice, con la sintesi del filamento complementare e viene ricircolarizzato. A questo punto la cellula ricettrice

possiede un plasmide F completo ed è a sua volta in grado di sintetizzare un pilo F e di ripetere tutta l’operazione nei

-

confronti di un’altra cellula F .

Cosa succede nelle rare coppie coniugali in cui il trasferimento di F si accompagna il trasferimento di materiale

cromosomico? Come già accennato, F contiene un cluster di sequenze di inserzione (IS). Anche il cromosoma di

Escherichia coli contiene varie IS. Attraverso un fenomeno di ricombinazione tra una IS di F ed una IS del cromosoma

batterico, può accadere che F si integri nel cromosoma batterico. Il plasmide F in queste cellule (denominate hfr: high

frequency of ricombination) continua ad esprimere i propri geni tra e la cellula batterica rimane una cellula donatrice.

-

Quando una cellula hfr stabilisce un contatto con una cellula F il processo che si innesca interessa tutto il cromosoma

batterico che è legato covalentemente al plasmide F. In conseguenza di ciò, il trasferimento di un filamento nucleotidico

di F trascina al proprio seguito un filamento nucleotidico del cromosoma. Poiché il ponte coniugativo che si stabilisce

tra le cellule è piuttosto fragile e può essere interrotto facilmente ed il processo di trasferimento è relativamente lento,

normalmente il trasferimento di materiale cromosomico è parziale.

Il meccanismo finora descritto vale per Escherichia coli. Nei batteri Gram-negativi esistono anche altri plasmidi

coniugativi che possono provocare analoghi effetti sul cromosoma della cellula donatrice. In alcuni batteri Gram-

positivi, invece, i meccanismi coniugativi non prevedono l’intervento di pili F per la formazione delle coppie coniugali

e tutto lascia supporre che i segnali di accoppiamento siano mediati da piccole proteine solubili (feromoni) codificate da

geni cromosomici. I feromoni sono liberati nell’ambiente dalle cellule che mancano di particolari plasmidi coniugativi e

si legano a specifici recettori presenti alla superficie di cellule che possiedono questi particolari plasmidi (cellule

donatrici) inducendovi la produzione di una particolare sostanza aggregante che si accumula alla superficie del batterio.

Le cellule provviste di sostanza aggregante formano poi degli ammassi con le cellule che ne sono prive ed i plasmidi

coniugativi si trasferiscono quindi nell’aggregato batterico dalle cellule produttrici di sostanza aggregante (cellule

maschili) alle cellule produttrici di feromoni (cellule femminili).

I BATTERI : L’AZIONE PATOGENA

Fra le moltissime specie batteriche esistenti in natura la maggior parte vive nell’ambiente a spese di materiale inanimato

(vita saprofitica) mentre soltanto una minoranza è capace di vita parassitaria a carico di organismi superiori. Per

quanto riguarda il tipo di rapporto che può intercorrere fra l’organismo superiore parassitato ed i batteri, in alcuni casi

essi possono essere addirittura utili per l’ospite (batteri simbionti) o per lo meno indifferenti (batteri commensali),

mentre in altri casi sono capaci di insediarsi nei tessuti dell’ospite, superandone i meccanismi di difesa ed alterandone la

funzionalità dell’organismo (batteri patogeni). Quando si definisce un batterio come patogeno, la capacità di dare

infezione o malattia dovrà essere sempre intesa come riferita ad uno o più ospiti determinati. Non esistono, infatti, in

condizioni naturali, batteri patogeni per qualunque specie animale, bensì solo esclusivamente batteri capaci di

parassitare alcune ben determinate specie animali o, addirittura, una sola specie come la specie umana.

Nei batteri a circolazione esclusivamente umana si può avere il passaggio di un microrganismo patogeno da un

individuo infetto ad uno sano (infezione esogena) oppure il trasferimento del microrganismo patogeno in un’altra sede

dello stesso individuo (infezione endogena).

I batteri a circolazione interumana in grado di provocare infezioni esogene sono di norma batteri patogeni obbligati,

ossia in grado di provocare un’infezione tutte le volte che raggiungono un organismo sano e non immune, e la loro

presenza nell’organismo umano è costantemente legata ad un processo di infezione, anche se non sempre evidenziato da

sintomi morbosi, ed è di durata variabile ma sempre limitata nel tempo. La presenza di questi batteri nell’organismo 35

umano rappresenta sempre un reperto patologico ed i soggetti che li albergano ( portatori sani) costituiscono una fonte

di infezione per i loro simili.

I batteri a circolazione umana in grado di provocare infezioni endogene sono batteri la cui sopravvivenza è garantita

dalla trasmissione fra individuo e individuo al di fuori di situazioni morbose, e le infezioni (o le malattie) sono, di

norma, la conseguenza (a) della dislocazione accidentale di un batterio commensale da una zona dell’organismo in

un’altra dove è in grado di provocare il processo morboso, o (b) della diminuzione locale dei meccanismi di difesa

antimicrobica con la conseguente possibilità di infezioni ad opera di batteri presenti nella stessa zona, in condizioni

normali, come innocui commensali. La presenza di questi batteri nell’organismo è un reperto patologico solo se li si

rinvenga in distretti diversi da quelli normalmente colonizzati oppure quando il loro numero sia enormemente

aumentato nella sede normale di colonizzazione. L’individuo con un processo morboso da infezione endogena non

rappresenta una sorgente di infezione per i suoi simili.

Nei batteri a circolazione in varie specie animali l’infezione può essere trasmessa accidentalmente da queste

(ovviamente infezioni esogene) all’uomo (zoonosi).

Un batterio può essere definito patogeno quando esso si dimostri capace di invadere i tessuti di un organismo e di

moltiplicarvisi, danneggiando in modo più o meno grave il normale funzionamento dell’organismo ospite con la

produzione di una o più sostanze tossiche specifiche.

Capacità di moltiplicazione in vivo e tossigenicità sono pertanto le due componenti fondamentali del potere patogeno.

LA MOLTIPLICAZIONE BATTERICA IN VIVO

I batteri patogeni, una volta penetrati nell’organismo ospite, si moltiplicano negli spazi intercellulari o all’interno di

elementi cellulari. La moltiplicazione intracellulare può essere una scelta preferenziale per alcuni batteri in grado di

parassitare cellule del sistema reticolo-endoteliale o, comunque, in grado di sopravvivere all’interno di fagociti

professionali, oppure transitoria o occasionale per alcuni batteri in grado di penetrare le cellule dell’epitelio mucoso

per aprirsi un varco verso i tessuti della sottomucosa, oppure obbligata, se il batterio dipende, in modo ineludibile, dalle

strutture e dal metabolismo della cellula ospite per le proprie necessità metaboliche. Alcuni batteri possono penetrare

nei tessuti dell’organismo ospite attraverso soluzioni di continuo della cute che si producono in seguito a traumi

accidentali o attraverso il morso di un animale infetto. Altri batteri sono in grado di localizzarsi primitivamente

sull’epidermide aprendosi eventualmente un varco verso i tessuti sottocutanei attraverso le lesioni conseguenti al

processo infiammatorio localizzato che si innesca dall’interazione con i cheratinociti o attraverso la successiva

colonizzazione e distruzione degli epiteli dei follicoli piliferi, delle ghiandole sebacee o sudoripare. La maggior parte

dei batteri ad infezione esogena trova il suo punto di arrivo nei tessuti profondi, in una membrana mucosa e, in

particolare, nella mucosa respiratoria o enterica. Pertanto, per poter iniziare un processo di infezione, un batterio

patogeno deve inizialmente interagire con l’epitelio della mucosa che rappresenta il suo punto di arrivo nell’organismo,

aderendovi saldamente e colonizzandola, in competizione eventualmente con i batteri commensali abituali, e

contrastando i meccanismi di detersione delle superfici mucose stesse.

L’interazione dei batteri patogeni con le cellule degli epiteli mucosi è mediata da fattori localizzati alla superficie della

cellula batterica o secreti all’esterno della cellula stessa.

Un primo gruppo di fattori è rappresentato dalle adesine, che consistono in strutture superficiali di varia natura,

costituite fondamentalmente da proteine presenti all’estremo terminale delle fimbrie o pili, da proteine di superficie in

grado di legarsi alla membrana di cellule eucariotiche o a proteine della matrice intercellulare, e da alcuni polisaccaridi

capsulari. Le diverse adesine di natura proteica in genere agiscono come lectine interagendo specificamente con

particolari residui glicidici di glicoproteine o glicolipidi presenti alla superficie delle cellule degli epiteli mucosi o nelle

molecole della matrice intercellulare. I materiali capsulari, in alcune circostanze, possono favorire l’adesione batterica a

superfici lisce e talora, soprattutto nel caso di batteri in grado di produrre notevoli quantità di materiale capsulare ed in

presenza di condizioni locali favorenti, la moltiplicazione batterica è seguita dalla formazione di biofilm, ovverosia

dalla formazione di complesse strutture, formate da un’estesa matrice di materiale capsulare contenente numerosi

batteri, le quali possono invadere zone assai ampie di mucosa, di fasce connettivali intermuscolari, di altre superfici

connettivali come le valvole cardiache, di superfici di materiali inerti introdotti a scopo terapeutico come i fili da sutura

e vari impianti protesici. All’interno del biofilm i batteri sono relativamente resistenti all’azione degli effettori delle

difese antimicrobiche costitutive o inducibili e possono rappresentare anche un più difficile bersaglio per numerosi

farmaci antibatterici che non riescono a diffondere efficacemente attraverso la spessa matrice di materiale capsulare che

ingloba i batteri, i quali, così organizzati, sono una delle cause più frequenti di infezioni persistenti ed una delle

condizioni infettive di più difficile approccio terapeutico.

Alcuni batteri che sono in grado di colonizzare mucose dotate di epiteli muniti di cilia vibratili, sintetizzano sovente

sostanze dotate di azione ciliostatica (tossine ciliostatiche) rappresentate da composti a basso peso molecolare che

provocano alterazioni o paralisi completa del movimento ciliare.

Una volta ancorati alla superficie di un epitelio mucoso, i batteri patogeni si moltiplicano ed iniziano una sorta di

sofisticato dialogo (cross-talking) biochimico con le cellule epiteliali, attraverso la produzione di una serie di molecole

(in genere proteine) in varia misura tossiche, che vengono eliminate all’esterno della cellula batterica. Nei batteri Gram-

36

negativi la secrezione delle proteine tossiche avviene attraverso appositi sistemi secretori, costituiti da complessi

organuli cellulari formati da numerose proteine diverse.

Numerose proteine effettrici sovente mimano fattori eucariotici con funzione di trasduzione di segnali di membrana e

sono in grado di interferire con le normali vie del segnalling eucariotico, compromettendo le funzioni della cellula

eucariotica fino a provocarne la morte, attraverso l’innesco del processo di morte cellulare programmata o apoptosi, o

possiedono proprietà che le rendono capaci di interferire con il funzionamento della cellula o di alterare strutture

cellulari essenziali, causandone la necrosi. La riorganizzazione della trasduzione dei segnali e/o l’uccisione di

particolari tipi di cellule possono servire ad una serie di obiettivi in grado di favorire la sopravvivenza e la

moltiplicazione in vivo del batterio, come ad esempio l’annullamento della produzione di molecole in grado di attivare

la risposta infiammatoria dell’ospite, la riorganizzazione del citoscheletro delle cellule eucariotiche con la creazione di

“nicchie” particolarmente idonee alla colonizzazione batterica oppure la distruzione di cellule coinvolte nelle difese

antibatteriche.

Alcune proteine prodotte dai batteri costituiscono dei veri e propri veleni e vengono chiamate in generale tossine

batteriche, di cui diremo più avanti.

Di norma, la colonizzazione batterica di una mucosa finisce con il provocare la distruzione localizzata dell’epitelio e

consente, quindi, l’apertura di un varco attraverso il quale i batteri possono raggiungere l’area riccamente vascolarizzata

della sottomucosa. In alcune circostanze i batteri possono attraversare l’epitelio mucoso utilizzando peculiari

meccanismi invasivi che consentono loro di penetrare direttamente nelle cellule dell’epitelio mucoso. In altre, una volta

diffuso alla sottomucosa, il processo infettivo rimane relativamente localizzato e i batteri che lo sostengono non

mostrano alcuna tendenza alla ulteriore diffusione verso altri distretti dell’organismo. In queste circostanze, anche il

danno funzionale e la sintomatologia rimangono topograficamente circoscritti, a meno che il batterio non produca una

proteina tossica molto potente (tossina) che diffondendo, per via ematica (tossiemia) o linfatica, nell’organismo possa

coinvolgere in modo sistemico l’organismo ospite, compromettendo la funzionalità di diversi organi o apparati ed

inducendo, di conseguenza, una sintomatologia morbosa correlata all’estensione del danno causato.

In altre circostanze, invece, i batteri patogeni, una volta penetrati nella zona sottomucosa, possono diffondere per via

ematica (batteriemia) o linfatica o essere veicolati da fagociti professionali al cui interno siano in grado di

sopravvivere, liberandosi nell’ambiente dopo l’uccisione e la lisi del fagocita stesso, riuscendo a colonizzare tessuti ed

organi anche molto distanti, con un danno funzionale ed una sintomatologia morbosa che dipendono dall’intensità della

diffusione e dalla rilevanza generale dei bersagli che sono stati colpiti.

Una volta ancorati alla superficie di un epitelio mucoso o, meglio ancora, se pervenuti nella zona sottomucosa o,

addirittura, se diffusi metastaticamente in organi e tessuti distanti dal sito iniziale di infezione, i batteri si trovano in un

ambiente estremamente favorevole alla loro moltiplicazione, per la ricchezza di fonti alimentari, l’elevato tenore di

acqua ed un controllo accurato del pH e della temperatura. Tuttavia essi devono fare i conti da una parte con la necessità

di approvvigionarsi di elementi essenziali (come ad esempio il ferro) che si trovino in qualche modo “sequestrati” o non

facilmente accessibili alle esigenze metaboliche del batterio, dall’altra con la necessità di contrastare le difese

antimicrobiche costitutive o inducibili presenti nell’organismo ospite. I batteri patogeni possiedono, o mettono in opera,

una serie di meccanismi (aggressine) intesi ad evadere le difese antibatteriche costitutive o inducibili.

Molti batteri patogeni presentano diversi meccanismi in grado di ostacolare l’attività dei fagociti professionali. Un

primo elemento fondamentale sotto questo riguardo è rappresentato dalle strutture di superficie che hanno azione

antifagocitaria, come le fibrille, formate da proteina M ed acidi teicoici, e dalla capsula, presente in molti batteri. La

maggior parte dei batteri in vivo, infatti, possiede una capsula molto più abbondante rispetto a quelli delle colture

artificiali, a causa di una aumentata sintesi di materiale capsulare indotta da stimoli presenti nell’ambiente parassitato.

La presenza di una spessa capsula, infatti, non solo protegge il batterio dal contatto con vari peptidi con azione

antibatterica (defensine, etc.) presenti nei fluidi organici, ma maschera anche le adesine presenti alla superficie

batterica. Una volta introdotti all’interno di fagociti professionali, alcuni batteri patogeni sono in grado di evadere

rapidamente dal fagosoma (prima della sua fusione con i lisosomi) nel citosol della cellula fagocitaria; altri sono in

grado di alterare la membrana del fagosoma, al cui interno si moltiplicano, impedendone la fusione con i lisosomi,

sfuggendo così all’azione antibatterica del contenuto lisosomiale; altri sono in grado di contrastare i meccanismi di

killing intracellulare ossigeno-dipendenti mediante la produzione di elevate quantità di enzimi in grado di eliminare i

derivati dell’ossigeno molecolare provvisti di azione microbicida diretta o mediata; numerosi batteri, infine, sono in

grado di innescare il processo apoptodico del fagocita al cui interno si trovino inglobati o di produrre proteine tossiche a

specifica azione antifagocitaria.

Numerosi batteri patogeni inoltre sono in grado di mettere in opera meccanismi capaci di contrastare più o meno

efficacemente o di evadere la risposta immune, cosa di cui abbiamo già parlato nel capitolo introduttivo.

Va infine ricordato che alcuni batteri patogeni presentano un variabile grado di mimetismo molecolare e antigenico,

ovverosia possiedono in diversa misura componenti strutturali, in genere di superficie, con cui il batterio può in qualche

modo sfuggire alla ricognizione del sistema immune, almeno nella fase iniziale di invasione dei tessuti dell’organismo

ospite.

LA TOSSIGENICITA’ DEI BATTERI 37

Quando si parla di tossigenicità batterica ci si riferisce correntemente alle cosiddette “tossine” batteriche in senso

stretto, definizione nella quale sono compresi i veleni batterici che sono considerati di maggior rilievo sotto il profilo

patogenico e che talora sono i protagonisti assoluti del danno causato dall’infezione.

Le tossine batteriche in senso stretto comprendono le esotossine e la endotossina.

ESOTOSSINE

Le esotossine sono di natura proteica e sono degli ottimi antigeni, sono generalmente tremolabili e vengono distrutte dai

succhi gastrici. Molte esotossine, in seguito ad una blanda denaturazione chimica, non sono più in grado di interagire

con le cellule bersaglio o, comunque, di esplicare la loro azione tossica specifica, pur mantenendo ancora intatta la

configurazione di molti dei caratteri (epitopi) antigenici originali (anatossine o tossoidi), per cui possono essere

impiegate per l’allestimento di vaccini utilizzati per conferire artificialmente un’immunità attiva nei confronti di

malattie sostenute da batteri produttori di tossine molto potenti.

Le esotossine liberate in vivo dal batterio produttore interagiscono con strutture cellulari di superficie, che funzionano

da recettori per la molecola tossica e, a seconda delle molecole utilizzate come recettore specifico, possono interagire

con più o meno vaste popolazioni di cellule sensibili, distinguendosi, sotto questo profilo, in tossine pantrope, con una

ubiquitaria distribuzione degli specifici recettori, e in tossine di assoluta specificità per ben determinate popolazioni

cellulari.

Alcune esotossine esplicano la loro azione tossica direttamente a livello della membrana della cellula bersaglio,

interrompendo i legami intercellulari (tossina esfoliativa), scompaginando fisicamente la struttura della stessa

membrana (citolisine o emolisine), alterando il segnalling trasmesso da molecole di membrana che la tossina utilizza

come recettore (tossina termostabile o ST) o provocando l’attivazione policlonale di linfociti T (superantigeni).

Molte esotossine, però, svolgono la loro azione tossica solo dopo penetrazione nel citosol della cellula bersaglio. In

questo caso la maggior parte delle esotossine presenta una struttura molecolare dimerica caratteristica, da cui derivano il

nome di tossine di tipo A-B. Esse, infatti, sono formate da due distinti tipi di peptidi (A e B), dei quali il B è la

porzione dell’esotossina in grado di interagire con una molecola della superficie cellulare, utilizzata come recettore,

causando la traslocazione all’interno della membrana citoplasmatica del componente A, che è il componente tossico

vero e proprio.

• Esotossine che agiscono a livello delle strutture della superficie cellulare

Sono rappresentate dalla tossina esfoliativa e dalle tossine emolitiche o citolitiche.

- La tossina esfoliativa è una tossina monometrica prodotta da Staphylococcus aureus, della quale due varietà

antigeniche (A e B). La tossina esfoliativa è la causa fondamentale della cosiddetta sindrome della cute

pseudoustionata da stafilococco (o malattia di Ritter, o malattia di Lyell, o necrolisi epidermica acuta, etc.). La

patologia essenziale dell’affezione è rappresentata dallo scollamento di più o meno ampie zone di epidermide

in seguito a timoli meccanici di assoluta modestia. Tale lesione è causata dall’azione della tossina esfoliativa

che, attraverso il circolo ematico, riesce a raggiungere, diffondendo attraverso i capillari, lo strato granuloso

dell’epidermide che è l’unico tessuto nel quale la tossina si fissa.

- Le tossine emolitiche comprendono una prima serie di tossine, prodotte da diversi batteri Gram-positivi, il cui

prototipo è rappresentato dalla tossina o emolisine α di Staphylococcus aureus. Tutte queste tossine sono

proteine monomeriche che polimerizzano sulla membrana delle cellule sensibili, formando oligomeri tubolari

che si inseriscono nella porzione lipidica della membrana causando la formazione di pori, che alterano

profondamente gli scambi della cellula con l’ambiente, causandone la morte.

Una seconda serie di tossine emolitiche/citolitiche che presumibilmente agiscono con lo stesso meccanismo,

sono largamente diffuse tra i batteri Gram-negativi ed appartengono tutte alla famiglia di tossine denominate

RTX, per la presenza di una serie di sequenze nonapeptidiche ricche in glicina, ripetute più volte all’estremo

++

C-terminale di ciascuna proteina, che conferiscono alla tossina la proprietà di legare ioni Ca che risultano

essenziali all’attività della tossina stessa.

Mentre tutte queste tossine sono provviste di un meccanismo di azione assolutamente peculiare ed hanno un preciso

bersaglio nella membrana di cellule sensibili, esiste una seconda serie di veleni batterici, denominati emolisine che sono

rappresentate da esoenzimi e precisamente da fosfolipasi, che sono strumenti per la digestione di materiali utilizzabili a

scopo nutrizionale dal batterio o per la diffusione della colonizzazione batterica nei tessuti circostanti, le quali possono

agire anche sui lipidi delle membrane di molti elementi cellulari dell’organismo ospite senza però che queste ultime

costituiscano un bersaglio di assoluta esclusività.

• Esotossine che agiscono alterando il contenuto intracellulare di AMP-ciclico (AMP-c)

Esse agiscono con due fondamentali meccanismi:

- un primo gruppo agisce alterando alcune molecole che controllano i meccanismi di regolazione dell’enzima

cellulare preposto alla sintesi di AMP-c a partire da ATP, attraverso la loro specifica attività enzimatica ADP-

ribosilante 38

- il secondo gruppo è caratterizzato da una attività enzimatica adenilato-ciclasica intrinseca, cioè sono in grado

di sintetizzare autonomamente AMP-c, una volta pervenute all’interno della cellula bersaglio.

Le principali sono la tossina colerica, la LT, l’enderotossina termostabile (ST) e la tossina per tossica.

• Esotossine che agiscono inibendo la sintesi proteica cellulare

Le principali sono:

- La tossina difterica, la cui infezione si localizza a livello della faringe e delle primissime vie respiratorie. Il

batterio non mostra alcuna tendenza alla diffusione, anche se localmente la reazione distruttiva delle cellule

mucose e la conseguente reazione essudativa-infiammatoria può essere molto intensa e può arrivare ad

ostacolare seriamente la respirazione.

- La tossina A di Pseudomonas aeruginosa, che presenta un identico meccanismo di azione di ADP-

ribosilazione con conseguente blocco della sintesi proteica.

- La tossina Shiga, che presenta un’azione tossica che si traduce nell’inibizione della sintesi proteica cellulare

con un meccanismo diverso rispetto alla difterica e alla tossina A.

• Esotossina carbonchiosa

La tossina carbonchiosa è formata da tre componenti denominati rispettivamente fattore I, II e III. I fattori attivi

responsabili della tossicità sono i fattori I e III. Il fattore II, invece, rappresenta il componente B della tossina che rende

possibile l’ancoraggio e la penetrazione dei fattori A nella cellula bersaglio.

La tossina carbonchiosa rappresenta, insieme alla capsula, il principale fattore di virulenza di Bacillus anthracis.

• Esotossina tetanica ed esotossina botulinica (tossine neurotrope)

Sono tossine che interferiscono con la trasmissione degli impulsi nervosi, rispettivamente a livello del sistema nervoso

centrale e periferico, provocando una sintomatologia morbosa che consiste prevalentemente nella comparsa di più o

meno gravi ed estese manifestazioni di paralisi spastica (tossina tetanica) o di paralisi flaccida (tossina botulinica).

- La tossina tetanica è una tossina che, diffondendo nell’organismo per via ematica e risalendo centripetamente

lungo i nervi periferici, raggiunge il sistema nervoso centrale, dove blocca gli impulsi inibitori della

contrazione muscolare riflessa, provocando una serie di spasmi generalizzati, che interessano

contemporaneamente sia i muscoli flessori che gli estensori (paralisi spastica) con conseguenze gravi e a volte

anche letali.

- La tossina botulinica è una tossina che, una volta introdotta con l’alimentazione, si assorbe nell’intestino e

diffonde nell’organismo con un bersaglio specifico a livello del sistema nervoso periferico, impedendo il

rilascio di acetilcolina a livello della sinapsi colinergica delle giunzioni neuromuscolari, con conseguente

paralisi flaccida, sovente seguita da morte per la paralisi della muscolatura respiratoria.

• Esotossine che agiscono come “superantigeni”

Queste tossine sono soprattutto caratterizzate dalla capacità di interagire con i linfociti T, stimolando l’attivazione e la

conseguente moltiplicazione della relativa popolazione cellulare, in una percentuale enormemente amplificata rispetto a

quella che viene usualmente interessata nel corso della risposta ad una normale stimolazione antigenica e sono, per tale

motivo, denominate superantigeni. Esempi di queste tossine sono: enterotossine stafilococciche, la tossina dello

shock tossico, le tossine patogene streptococciche ed il cosiddetto superantigene streptococcico.

ENDOTOSSINA

Si intende per endotossina il lipopolisaccaride (LPS) che costituisce lo strato periferico della membrana esterna dei

batteri Gram-negativi e che, pur con un diverso grado di tossicità nei diversi gruppi di batteri, produce sull’organismo

una serie di effetti che, sia pur con diversa intensità nelle varie situazioni, si manifestano costantemente.

La porzione glicolipidica dell’LPS, il cosiddetto Lipide A, rappresenta la porzione tossica dell’LPS, ovverosia la

endotossina vera e propria. Al lipide A è legata una complessa struttura polisaccaridica formata da una porzione

prossimale (o core) praticamente identica o molto simile in tutti i batteri Gram-negativi, cui, a sua volta, è ancorata la

porzione polisaccaridica specifica.

La porzione glicolipidica dell’LPS, ovverosia la porzione dotata di attività tossica vera e propria, è relativamente

termostabile, dotata di potere immunogeno e non è, comunque, detossificabile in preparazioni omologabili alle

anatossine o tossoidi che si possono preparare da numerose esotossine.

Il meccanismo alla base dell’azione tossica dell’LPS è estremamente complesso ma si può considerare il risultato della

massiccia stimolazione di un certo numero di “sensori”, a loro volta in grado di coinvolgere diversi elementi cellulari in

una serie di risposte che, fondamentalmente intese ad esplicare un’azione protettiva nei confronti dell’invasione dei 39

batteri Gram-negativi, una volta raggiunto un particolare livello di intensità, possono risultare notevolmente dannose

fino a coinvolgere diversi sistemi dell’organismo nella drammatica patologia del cosiddetto shock endotossico.

I BATTERI : I FARMACI ANTIBATTERICI

IL MECCANISMO DI AZIONE DEI FARMACI ANTIBATTERICI

Una caratteristica che accomuna tutti i farmaci antibatterici è rappresentata dal fatto che, di norma, essi agiscono

inibendo una determinata via metabolica essenziale per il batterio, per cui sono attivi solo nei confronti dei batteri

attivamente metabolizzanti. Dal punto di vista pratico i farmaci antibatterici possono essere divisi in due categorie:

quelli che agiscono primitivamente arrestando la moltiplicazione batterica (batteriostatici) e quelli che agiscono

uccidendo i batteri (battericidi).

CHEMIOTERAPICI PRODOTTI PER SINTESI

La sulfanilamide, il primo chemioterapico dotato di un’efficace azione antibatterica, fu scoperto empiricamente e fu

sostituito in seguito dai derivati sulfanilamidici, molto più potenti. La tossicità selettiva (limitata cioè ai batteri) dei

sulfanilamidici dipende dal fatto che le cellule animali sono in grado di utilizzare solo gli acidi folici preformati presenti

nella dieta; i batteri non riescono ad assumere gli acidi folici dall’ambiente e, di conseguenza, devono sintetizzarli

intracellularmente. I sulfamidici, quindi, che penetrano facilmente nelle cellule batteriche, sono in grado di contrastare

efficacemente la sintesi degli acidi folici, competendo con l’enzima che ne catalizza l’inserimento nella molecola.

L’esempio di inibizione competitiva offerto dai sulfamidici aveva indotto a sperare che la ricerca di nuovi

chemioterapici antimicrobici potesse cessare di dipendere da un approccio empirico e potesse essere invece basata

razionalmente sulla sintesi di analoghi strutturali di vari metaboliti essenziali conosciuti. Sulla base di questo

presupposto sono stati sintetizzati numerosissimi analoghi strutturali, complessivamente denominati antimetaboliti. Essi

possono agire in diverse maniere: competizione con il substrato per l’enzima che viene inibito, inserimento al posto del

metabolita in strutture più complesse che divengono non funzionali, competendo con un nutrimento essenziale nel

trasporto a livello di membrana, provocando una inibizione da feedback con conseguente arresto della produzione del

metabolita di cui simulano la struttura.

Un effetto selettivo comunque può essere ottenuto anche quando esistano vie metaboliche comuni fra batterio e cellula

dell’organismo infetto. L’esempio fondamentale a tale riguardo è offerto da una categoria di farmaci antibatterici di

particolare efficacia, rappresentati dal gruppo delle 2,4-diaminopirimidine, variamente sostituite, che si sono dimostrate

dei formidabili inibitori dell’enzima batterico in grado di catalizzare la formazione di acido tetraidrofolico in virtù

dell’analogia di struttura fra molecola del farmaco e la porzione aminoidrossipirimidinica dell’acido folico. Nella

maggior parte delle reazioni in cui interviene, il tetraidrofolato funziona da navetta metabolica senza essere consumato,

per cui un blocco metabolico della sua sintesi non ha conseguenze drammatiche immediate, se non che, nella sintesi di

timina l’acido tetraidrofolico viene consumato e trasformato in diidrofolato; a questo punto è quindi necessaria una

nuova sintesi di acido tetraidrofolico, pena il blocco immediato della sintesi del DNA. Per questo motivo i sulfamidici e

gli inibitori della diidrofolato-reduttasi sono talora indicati come inibitori della sintesi del DNA batterico.

Un altro chemioterapico ad azione antimicrobica è rappresentato dall’isoniazide (o idrazide dell’acido isonicotinico

INH), che ha una potente azione micobattericida dovuta alla sua analogia di struttura con la nicotinamide e la

piridossamina, che le consente, rispettivamente, di ostacolare la sintesi del NAD o di inibire alcuni enzimi che

richiedono il piridossal-fosfato come cofattore, interferendo con il metabolismo energetico e le sintesi macromolecolari.

La sua azione principale sembra comunque risiedere nell’inibizione di enzimi coinvolti nella sintesi degli acidi micolici

e nel conseguente aumento della fragilità della parete cellulare dei micobatteri.

Altri chemioterapici di notevole interesse sono i composti nitroeterociclici, di cui i meglio noti sono i nitrofurani, i

nitroimidazoli ed i nitrotiazoli. Importanti sono i nitrofurani, tra i quali la nitrofurantoina particolarmente indicata nella

terapia delle infezioni urinarie data la sua rapida ed elevata escrezione attraverso questa via, e i composti

nitroimidazolici, che agiscono tutti interferendo con la sintesi di DNA ed RNA.

Ulteriori chemioterapici antibatterici sono i chinoloni, la cui azione antibatterica è dovuta all’interazione con la girasi e

con la topoisomerasi IV, enzimi essenziali alla replicazione del DNA batterico.

GLI ANTIBIOTICI

Si definiscono antibiotici sostanze naturali prodotte da microrganismi, di basso peso molecolare e caratterizzate dal

fatto di possedere, a basse concentrazioni, tossicità antibatterica selettiva e di esplicare la loro azione interferendo sui

processi di crescita e di moltiplicazione dei microrganismi. Alcuni inibiscono la crescita microbica mediante un’azione

detta batteriostatici di tipo reversibile per cui l’allontanamento dell’antibiotico consente la ripresa della crescita; altri, al

contrario, possiedono azione battericida che è irreversibile e letale. 40

• Antibiotici che inibiscono la sintesi del peptidoglicano (β-lattamici)

Con il termine di antibiotici β-lattamici si intendono quegli antibiotici la cui molecola è caratterizzata dalla presenza di

un nucleo fondamentale comprendente un anello tetratomico azetidinico β-lattamico. I gruppi principali di questo tipo

di antibiotici sono due: penicilline e cefalosporine.

Il penicillium chrysogenum produce diverse sostanze antibiotiche che hanno tutte in comune l’acido 6-

aminopenicillanico. Le varie penicilline differiscono per il radicale acilico condensato con il gruppo amminico.

Variando i donatori di radicali acilici presenti nelle colture di Penicillium si possono ottenere differenti derivati acilici

dell’acido 6-aminopenicillanico.

La penicillina G è attiva contro la maggior parte dei batteri Gram-positivi e contro i cocchi Gram-negativi. La maggior

parte dei batteri Gram-negativi è insensibile alla Penicillina G sia per una difficoltà di penetrazione sia per la presenza

di β-lattamasi nello spazio periplasmico come enzimi costitutivi.

La dimostrazione che l’acido 6-aminopenicillanico può essere condensato chimicamente con una notevole varietà di

radicali che non sono in grado di intervenire nel processo biosintetico naturale, ha aperto la strada alla produzione di

una numerosa serie di penicilline semisintetiche modificate in vari caratteri di cui i più interessanti sono la resistenza

alla β-lattamasi e l’ampliamento dello spettro d’azione a molti batteri Gram-negativi. Le penicilline semisintetiche

resistenti alle β-lattamasi sono ottenute attraverso varie modificazioni della catena laterale legata al gruppo amminico

della molecola fondamentale e le principali sono costituite dalla meticillina e dalle varie isossazolil-penicilline. Le

penicilline ad ampio spettro sono rappresentate essenzialmente dalle aminopenicilline, dalle carbossipenicilline, dalle

ureidopenicilline e dalle sulfossipenicilline. Queste penicilline sono attive anche nei confronti di batteri Gram-negativi,

per una maggiore capacità di penetrazione attraverso la membrana esterna, ma sono tuttavia insensibili all’azione delle

β-lattamasi batteriche.

Le penicilline agiscono sui batteri attivamente metabolizzanti provocandone la morte in conseguenza della lisi della

cellula batterica, mentre sono senza azione nei confronti dei batteri mantenuti in ambienti non idonei alla loro

moltiplicazione. Le penicilline sono in grado di bloccare il legame di transpeptidazione tra le catene peptidiche laterali

di molecole adiacenti di peptidoglicano e tale meccanismo d’azione è stato messo in rapporto con la possibilità che il

nucleo fondamentale della molecola penicillinica funzioni come un analogo strutturale del dimero della D-alanina, che

forma la porzione terminale del pentapeptide dell’unità basale del peptidoglicano e che interviene nel legame di

transpeptidazione terminale. E’ stato messo in evidenza poi che al legame finale di transpeptidazione partecipano

numerosi enzimi (PBP – penicillin binding protein) in grado di legare covalentemente le penicilline, risultandone

inattivati. Ogni penicillina ha un’affinità selettiva per una o più PBP e quindi il blocco della sintesi del peptidoglicano

può interessare la formazione dei setti intercellulari o i vari punti di crescita alla periferia del batterio. L’evento finale

dell’azione della penicillina è la lisi della cellula batterica.

Le cefalosporine oggi in uso sono derivati semisintetici della Cefalosporina C prodotta dal micete Chephalosporium

achremonium. La formula di base delle cefalosporine è rappresentata da un anello β-lattamico e si distingue per la

presenza di un anello diidrotiazinico in luogo dell’anello tiazolidinico delle penicilline. Il meccanismo di azione è simile

a quello delle penicilline, dalle quali differiscono per uno spettro d’azione esteso ai batteri Gram-negativi e per una

certa resistenza ad alcune β-lattamasi attive sulle penicilline.

• Antibiotici che agiscono sulle membrane batteriche. Le poliximine

Le poliximine sono un gruppo di antibiotici formati da polipeptidi ciclici prodotti da vari batteri del genere Bacillus.

Esse sono attive solo nei confronti dei batteri Gram-negativi alla cui membrana esterna si legano specificamente,

soprattutto in corrispondenza dei fosfolipidi, distruggendone le proprietà osmotiche e provocando la fuoriuscita di

metaboliti dall’interno della cellula.

• Antibiotici che inibiscono la sintesi di DNA. La novobiocina

La novobiocina è un antibiotico che inibisce la replicazione del DNA. Essa deve la sua azione antibatterica al fatto che è

in grado di inattivare l’enzima girasi del batterio.

• Antibiotici che inibiscono la sintesi di RNA. Le rifamicine

Le rifamicine sono un gruppo di antibiotici attivi nei confronti di batteri Gram-negativi e positivi. Esse inibiscono la

sintesi di RNA batterico non attraverso un’interazione con il DNA, ma bensì legandosi alla subunità β della RNA-

polimerasi batterica che rendono non funzionante.

• Antibiotici che inibiscono la sintesi proteica 41

Un gruppo assai numeroso di antibiotici deve la propria azione antibatterica all’interferenza con la sintesi proteica

intervenendo con diversi meccanismi di cui i principali sono rappresentati dall’interazione con l’una o l’altra delle due

subunità ribosomiali (30 S e 50 S).

Gli antibiotici che interagiscono con la subunità 30 S sono rappresentati dalle tetracicline e dagli antibiotici

aminoglicosidici.

- Le tetracicline sono un gruppo di antibiotici caratterizzato da una struttura molecolare tetraciclica. Sono dotate

di azione batteriostatica nei confronti dei batteri Gram-positivi e negativi e la loro azione è dovuta ad un

blocco della sintesi proteica in fase iniziale. Le tetracicline, infatti, si legano alla subunità ribosomiale 30 S

subito dopo il legame all’ m-RNA, bloccando così la formazione del polisoma.

- Gli aminoglicosidi sono un gruppo di antibiotici che svolge un’azione contro batteri Gram-positivi e negativi e

sono rapidamente battericidi. Essi agiscono legandosi irreversibilmente alla subunità ribosomiale 30 S,

sottraendola al pool dei polisomi e bloccando di conseguenza la sintesi proteica.

L’unità ribosomiale 50 S è il bersaglio di un’altra serie di molecole antibiotiche.

- I macrolidi sono antibiotici che hanno uno spettro di azione di poco più ampio di quello delle penicilline ,

includendo anche alcuni batteri Gram-negativi, ed hanno azione batteriostatica.

- Il cloramfenicolo è un farmaco batteriostatico, attivo nei confronti di batteri Gram-positivi e negativi.

- La lincomicina

Tutti questi batteri interagiscono con la subunità ribosomiale 50 S competendo per il legame con la subunità stessa e

sono, di conseguenza, mutualmente esclusivi. Il loro meccanismo d’azione consiste nel disaccoppiamento del processo

di formazione del legame peptidico con l’attacco di nuovi ribosomi all’m-RNA e con il loro scorrimento lungo il

messaggero stesso. In conseguenza di ciò non si ha sintesi proteica pur continuando i ribosomi a legarsi al messaggero

ed a scorrere lungo di esso.

SCELTA DEI FARMACI ANTIBATTERICI

La scelta del farmaco va desunta dalle prove batteriologiche di identificazione dell’agente eziologico e di studio della

sua sensibilità ai vari farmaci antibatterici.

LA RESISTENZA AI FARMACI ANTIBATTERICI

Uno stipite batterico è resistente ad un farmaco quando è in grado di moltiplicarsi in presenza di concentrazioni del

farmaco che risultano inibitorie per la massima parte degli stipiti della stessa specie o, operativamente, quando uno

stipite batterico sia in grado di moltiplicarsi in presenza di concentrazioni del farmaco pari a quelle massime

raggiungibili nel corso dell’impiego terapeutico.

La resistenza viene acquisita ex novo come risultato di una modificazione del genoma dello stipite sensibile; i

meccanismi mediante i quali si realizza questa modificazione sono due: la mutazione (resistenza cromosomica) e

l’acquisizione di determinanti genetici di resistenza a collocazione plasmidica, che vengono trasferiti mediante processi

di scambio genetico di tipo coniugativo o, a volte, trasduttivo. Da questo tipo di resistenza, che definiamo acquisita, si

suole tenere distinta quella condizione di generale insensibilità ad uno o più farmaci che si estende a tutti gli stipiti di

una data specie e che chiamiamo resistenza naturale o intrinseca.

Bisogna infine ricordare l’esistenza di situazioni di resistenza fenotipici legate a condizioni ambientali che modificano

transitoriamente il livello di sensibilità di uno stipite verso un farmaco o conseguenti ad alterazioni nella regolazione

della biosintesi di enzimi degradanti il farmaco, indotte dalla presenza di minime concentrazioni del farmaco stesso.

• Resistenza agli antibiotici β-lattamici

Il meccanismo centrale nella resistenza agli antibiotici β-lattamici consiste nella produzione di β-lattamasi, enzimi

largamente diffusi tra i batteri Gram-negativi e positivi; esse sono in grado di idrolizzare il legame amidico dell’anello

β-lattamico delle penicilline e delle cefalosporine, con produzione di un derivato inattivo.

• Resistenza agli antibiotici aminoglicosidici

I più diffusi meccanismi di resistenza agli antibiotici aminoglicosidici sono due: la produzione, sotto controllo

plasmidico, di enzimi modificanti e la diminuita permeabilità. Gli enzimi modificanti gli aminoglicosidi appartengono a

tre classi: le acetiltransferasi (AAC), che acetilano gli aminogruppi, le adeniltransferasi (AAD) e le fosfotransferasi

(APH), che modificano i gruppi idrossilici. Si tratta di enzimi costitutivi diffusi nei batteri Gram-positivi e negativi. La

modificazione dell’aminoglicoside determina la resistenza non tanto per l’inattivazione dell’antibiotico quanto per

l’inibizione del suo trasporto attraverso la membrana citoplasmatica.

• Resistenza agli antibiotici glicopeptidici 42

La resistenza a dosi elevate di farmaci come la vancomicina è la conseguenza dell’acquisizione di un trasposone,

presente su di un plasmide coniugativo, che contiene un complesso operon con almeno nove geni diversi, che

codificano altrettante proteine, tra cui una serie di enzimi in grado di sostituire il dimero di D-alanina dell’unità basale

del peptidoglicano con un depsipeptide D-alanina-D-lattato, impedendo così il legame con il farmaco.

• Resistenza ai farmaci inibenti la biosintesi degli acidi folici

La resistenza ai sulfamidici si realizza di regola mediante la sintesi, sotto il controllo di determinanti genetici situati su

plasmidi o trasposoni, di enzimi DPS (diidropteroatosintetasi) e DHFR (diidrofolatoreduttasi) che presentano una molto

minore affinità per l’inibitore rispetto a quelli omologhi sotto il controllo cromosomico: si instaura così una via

metabolica alternativa che consente di aggirare l’azione del farmaco antibatterico.

• Resistenza alle tetracicline

La resistenza alle tetracicline consiste in una diminuita concentrazione dell’antibiotico nell’interno della cellula

batterica causata da un processo di efflusso attivo attraverso la membrana citoplasmatica promosso dalla sintesi

inducibile di una proteina di membrana codificata da geni collocati su plasmidi o su trasposoni.

• Resistenza al cloramfenicolo

Il meccanismo di resistenza è la produzione di una acetiltransferasi controllata da geni situati su plasmidi e trasposoni,

in grado di inattivare l’antibiotico.

• Resistenza ai chemioterapici chinolonici ed alla novobiocina

Questo tipo di resistenza è soprattutto conseguenza di mutazioni nei geni che codificano le subunità enzimatiche, che si

producono con una ridotta affinità per il farmaco pur mantenendo un’efficace azione catalitica.

I BATTERI : DISINFEZIONE E

STERILIZZAZIONE

Per disinfezione si intende qualsiasi procedimento che si prefigga l’uccisione di microrganismi patogeni presenti

nell’ambiente; per sterilizzazione, invece, si intende l’insieme dei procedimenti atti alla distruzione di tutti i

microrganismi (patogeni e non) presenti in un determinato materiale.

La disinfezione si ottiene mediante l’impiego di adatte concentrazioni di particolari sostanze chimiche, dotate della

proprietà di uccidere i microrganismi alterandone irreversibilmente uno o più costituenti essenziali attraverso molteplici

meccanismi:

- denaturazione delle proteine

- ossidazione di gruppi sulfidrilici liberi o di altri gruppi funzionali

- alterazione delle membrane per solubilizzazione dei lipidi

Naturalmente non tutti i disinfettanti sono equivalenti e di volta in volta sarà necessario scegliere il disinfettante più

idoneo per il substrato su cui applicarlo.

Per la sterilizzazione possono essere impiegati mezzi chimici come l’esposizione a vapori di formaldeide o all’ossido di

etilene in forma gassosa, ma più spesso si utilizzano mezzi fisici come il calore e la filtrazione. La sterilizzazione al

calore si può ottenere per mezzo di stufe a secco, nel qual caso è necessari raggiungere temperature piuttosto elevate (2

ore a 180°C o 3 ore a 140°C) per avere la sicurezza dell’uccisione di tutti i batteri, o per mezzo di autoclavi che

utilizzano il calore del vapore d’acqua sotto pressione, consentendo così una sicura sterilizzazione a temperature molto

inferiori (110-120°C) ed in tempi più brevi.

La bollitura, spesso impiegata per la sterilizzazione di siringhe o strumenti medicali di vario uso, non dà un’assoluta

garanzia di sterilizzazione in quanto varie spore batteriche possono sopravvivere alla temperatura dell’acqua in

ebollizione. Per la sterilizzazione di materiali in soluzione, denaturabili al calore, si usa spesso la filtrazione attraverso

materiali porosi con pori di calibro non superiori a 0,5 μm.

Anche le radiazioni ionizzanti, che agiscono direttamente sul DNA e indirettamente su varie strutture cellulari

attraverso la formazione di intermedi instabili nel mezzo irradiato, possono essere usate per particolari procedimenti di

sterilizzazione. La sterilizzazione con raggi gamma, ad esempio, è impiegata industrialmente per il trattamento di vari

materiali. 43

I PRINCIPALI BATTERI PATOGENI PER

L’UOMO

STAFILOCOCCHI

Gli Stafilococchi sono batteri di forma sferica, riuniti in genere in ammassi irregolari a forma di grappolo, immobili,

privi di una capsula evidente, asporigeni, Gram-positivi, crescono bene nei comuni terreni di coltura. Dal punto di vista

della produzione di energia metabolica, gli Stafilococchi sono aerobi-anaerobi facoltativi che utilizzano il sistema

completo dei citocromi quando crescono in presenza di ossigeno, mentre in ambiente anaerobio utilizzano un

metabolismo energetico fermentativo. Gli Stafilococchi mostrano una notevole resistenza a condizioni ambientali

sfavorevoli. In genere Staphylococcus comprende varie specie.

STAPHYLOCOCCUS AUREUS

Il nome di questa specie deriva da un caratteristico pigmento giallo oro che essa sovente presenta nella colture in terreni

solidi. Gli Stafilococchi aurei sono gli agenti più frequenti delle infezioni cutanee che iniziano a livello delle ghiandole

sebacee e dei follicoli piliferi, in conseguenza della produzione da parte dei batteri di numerosi enzimi lipolitici che

consentono, da una parte, l’eliminazione di alcuni componenti dei lipidi cutanei dotati di azione antimicrobica e,

dall’altra, l’utilizzazione come sorgente di energia metabolica e di alimenti dei lipidi stessi. Alcuni stafilococchi,

produttori di enterotossine, sono la causa di intossicazioni alimentari quando siano in grado di contaminare alcuni cibi

idonei a garantirne la moltiplicazione con la produzione di consistenti quantità di tossine.

La cellula di Staphylococcus aureus è provvista di una capsula di natura polisaccaridica, dotata di potere fagocitario

neutralizzato dagli specifici anticorpi. Sulla cellula di S. Aureus sono presenti, inoltre, sullo strato superficiale, delle

proteine in grado di interagire con altre presenti nella matrice intercellulare, svolgendo quindi il ruolo di adesine. Tra

queste vi è la proteina clumping factor, in grado di legarsi al fibrinogeno causandone la precipitazione intorno alla

cellula batterica e che, in vitro, si mette in evidenza per la formazione di grossi aggregati di cellule batteriche, visibili ad

occhio nudo, semplicemente mescolando sul vetrino una goccia di sospensione di batteri con una goccia di plasma.

Un’altra proteina è la proteina A, che si ritiene sia collocata sulla parete cellulare e che sembra possa provocare, in

vivo, l’attivazione del complemento, l’inibizione della fagocitosi del batterio ad opera di leucociti polimorfonucleati, la

comparsa di reazioni di ipersensibilizzazione e la stimolazione della moltiplicazione dei linfociti, contribuendo alla

virulenza del batterio.

S. aureus è un parassita dell’uomo e di varie specie di mammiferi ed è presente nell’uomo, in assenza di manifestazioni

morbose, a livello cutaneo e naso-faringeo.

I principali strumenti dell’azione patogena di S. Aureus sono costituiti da una serie di fattori in grado di favorirne la

moltiplicazione, come le adesine, l’azione antifagocitaria delle strutture di superficie (capsula, proteina A),

l’abbondante produzione di catalasi e superossidodismutasi in grado di garantire una ragionevole protezione dai

meccanismi di killing intrafagocitari ossigeno-dipendenti, e dalla produzione di una numerosa serie di tossine e di

esoenzimi in grado di ledere vari elementi cellulari e di favorire l’estensione dell’infezione.

Le tossine che intervengono nella patogenesi delle infezioni sono rappresentate fondamentalmente dalle emolisine o

citolisine α, β, γ e δ e dalla leucocidina-PV, tutte codificate da geni a localizzazione cromosomica.

Gli esoenzimi prodotti da S. aureus sono numerosi e non è facile discriminarne con precisione il rispettivo peso

nell’azione patogena, anche se è presumibile che tutti vi intervengano. Due esoenzimi importanti sono la coagulasi,

++

che, reagendo con un fattore plasmatico, è capace di trasformare il fibrinogeno in fibrina in assenza di ioni Ca , e la

stafilochinasi, in grado di legarsi al plasminogeno e di attivarlo, trasformandolo nell’enzima fibrinolitico plasmina,

come strumento di invasività che il batterio utilizzerebbe per superare eventuali ostacoli meccanici alla sua diffusione. -

Gli stipiti di S. aureus che sono produttori di tossina epidermolitica sono in grado di provocare la cosiddetta “sindrome

della cute ustionata da stafilococco” (o necrolisi epidermica acuta) quando colonizzano soggetti nei quali,

indipendentemente dalla sede di colonizzazione, la tossina, diffondendo per via ematica, raggiunge lo strato granuloso

dell’epidermide dove si attiva provocando la rottura dei legami intercellulari, consentendo così il distacco di ampie zone

di epidermide al minimo insulto meccanico.

Gli stipiti di S. aureus che sono produttori di tossina della shock tossico, codificata da un gene a localizzazione

cromosomica, sono la causa dello “shock tossico da stafilococco”, patologia rappresentata dalla insorgenza di subitanei

segni generali di tossiemia con manifestazioni cutanee eritematose, seguite dal malfunzionamento di numerosi organi,

gravi sintomi di shock emodinamico e con un’elevatissima mortalità. La sindrome è riconducibile ad un’elevata

colonizzazione vaginale. Casi di shock tossico da stafilococco sono stati riscontrati anche in soggetti di sesso maschile e

la tossina coinvolta nella patologia è la TSST-1.

Gli stipiti di S. aureus che sono produttori di enterotossina, sono causa di fastidiose gastroenteriti da intossicazione

alimentare che, quasi sempre, si manifestano in forma di focolai epidemici più o meno estesi che coinvolgono i

consumatori della stessa preparazione alimentare. Le enterotossine stafilococciche sono resistenti ai succhi gastrici, 44

relativamente termoresistente. Introdotte nell’intestino, interagiscono con i macrofagi ed i linfociti degli organi linfoidi

sottomucosi stimolando l’attivazione policlonale dei linfociti-T, con la conseguente liberazione locale di citochine

proinfiammatorie, cui segue la comparsa di lesioni a carico della mucosa che si accompagnano a sintomi enteritici

(diarrea).

La presenza di S. aureus in un materiale patologico viene accertata mediante esame colturale. Come terreno per

l’isolamento può essere utilizzato l’agar normale in quanto S. aureus non ha particolari esigenze nutritive, anche se

viene preferito l’utilizzo di piastre di agar-sangue di coniglio, in cui le colonie di stafilococco appaiono circondate da un

alone di emolisi, oppure piastre di agar addizionato del 7,5% di NaCl eventualmente aggiunti di mannite (uno zucchero

costantemente fermentato da S. aureus) e di un indicatore di pH come il rosso fenolo (piastre del terreno di Chapman),

dove le colonie di stafilococco sono circondate da un alone giallo causato dal viraggio dell’indicatore nella zona di

terreno dove sono diffusi gli acidi prodotti dalla fermentazione dello zucchero. Dalle colonie sospette si allestisce un

preparato microscopico colorato con il metodo Gram, per controllare che le colonie siano effettivamente formate da

cocchi Gram-positivi con la disposizione a grappolo e si procede quindi alla definitiva identificazione del batterio.

S. aureus è sensibile a numerosi batteriofagi virulenti, batteriofagi cioè che moltiplicandosi nella cellula batterica sono

in grado di provocarne la lisi. La sensibilità ai vari batteriofagi non è però uniformemente distribuita tra i diversi stipiti

e, tra l’altro, un batteriofago può essere virulento per uno stipite batterico e temperato per un altro.

A causa del notevole numero di antigeni specifici sulla superficie degli stafilococchi e dell’alta frequenza di esposizione

alle infezioni stafilococciche, non esiste alcuna reazione sierologica utilizzabile per la diagnosi di infezione da

stafilococco, che rimane pertanto affidata alla dimostrazione di S. aureus nel campione in esame, così come non è

possibile allestire vaccini efficaci.

STAFILOCOCCHI COAGULASI-NEGATIVI (CONS)

I CONS sono un gruppo di batteri che rappresentano agenti di infezioni nosocomiali e sono frequentemente isolati dal

sangue di soggetti con impianti intravascolari o come causa di infezione di impianti protesici profondi. L’infezione può

essere clinicamente silente, manifesta o, a volte, fulminante. L’azione patogena dipende dalla produzione di emolisine

ed esoenzimi.

STREPTOCOCCHI

Gli streptococchi sono batteri sferici con cellule disposte in coppie o catenelle. La lunghezza della catena è

generalmente maggiore nei terreni liquidi e tende ad essere inversamente proporzionale alla ricchezza del terreno. Sono

batteri capsulati, immobili, asporigeni, Gram-positivi, ossidasi negativi e catalasi negativi. Dal punto di vista della

produzione di energia metabolica sono aerobi-anaerobi facoltativi in quanto capaci esclusivamente di un metabolismo

energetico di tipo fermentativo. Gli streptococchi costituiscono una gran parte della popolazione microbica orale e

faringea e possono essere rinvenuti lungo tutto il tratto intestinale, nonché a livello vaginale e cutaneo.

Gli streptococchi sono operativamente raggruppati in rapporto al tipo di emolisi prodotta in piastre di agar-sangue ed in

rapporto alle caratteristiche antigeniche di alcuni polisaccaridi della parete cellulare, denominati globalmente antigene

C. - Osservando le colonie di streptococco sviluppate in piastre di agar-sangue è possibile dividere gli streptococchi

in tre gruppi: alfa-emolitici (o viridanti), beta-emolitici e non emolitici (o gamma-emolitici). Le colonie di

streptococchi alfa-emolitici sono circondate da un ristretto alone di emolisi incompleta con una tipica

coloritura verdastra. Le colonie di streptococchi beta-emolitici sono invece circondate da un evidente alone di

emolisi completa.

- Sulla base del tipo antigene di polisaccaride C, estraibile dalle cellule mediante idrolisi acida a caldo, gli

streptococchi sono divisi in una ventina di gruppi identificati con le lettere dell’alfabeto.

STREPTOCOCCUS PYOGENES

Streptococcus pyogenes è uno streptococco beta-emolitico con antigene polisaccaridica di gruppo A. La manifestazione

infiammatoria più frequente è la cosiddetta angina streptococcica che, nel caso in cui lo stipite batterico infettante sia in

grado di produrre tossina eritrogenica, si accompagna ad un caratteristico esantema e prende il nome di scarlattina.

La cellula batterica si S. pyogenes può presentare una capsula provvista di un elevato potere antifagocitario e la cui

presenza è correlata alla maggiore patogenicità del batterio.

Antigenicamente efficaci oltre che essenziali nella patogenicità di S. pyogenes, sono invece le fibrille presenti alla

superficie della cellula e che sono formate dalla proteina fibrillare M che, complessata ad acidi teicoici, si proietta

all’esterno della cellula in una serie di corte strutture che conferiscono un aspetto a spazzola al profilo cellulare. La

proteina M è un importante fattore di virulenza, per la sua azione antifagocitaria che conferisce al batterio la capacità di

resistere alla fagocitosi da parte dei leucociti polimorfonucleati neutrofili, capacità che viene abolita da anticorpi anti-

45

proteina M. La proteina M, pur non potendo essere considerata in senso stretto un’adesina, è comunque in grado di

promuovere l’accumulazione degli streptococchi nel sito dell’infezione come risultato di fenomeni di coaggregazione

tra le cellule batteriche, presumibilmente mediati dall’interazione della proteina M con proteine dell’ospite. Il

meccanismo attraverso il quale S. pyogenes aderisce alle cellule epiteliali è rappresentato dall’interazione della

superficie batterica con la fibronectina presente nella matrice intercellulare, che appare mediata da una proteina di

superficie denominata proteina F che è da considerare la principale adesina del batterio.

S. pyogenes è un batterio a circolazione interumana e la sorgente di infezione è quindi rappresentata dall’uomo stesso,

nel quale l’infezione non sempre e non necessariamente si accompagna a segni clinici evidenti. Nelle forme piogeniche

acute giocano un ruolo fondamentale la proteina F, l’azione antifagocitaria della capsula e, soprattutto, della proteina M,

la produzione di esotossine e di esoenzimi.

L’esotossina principale di S. pyogenes è costituita dalla streptolisina-O, una citolisina che agisce sulle membrane

cellulari causando la formazione di pori che alterano gli scambi della cellula con l’ambiente, causandone la morte. La

streptolisina-O è dotata di notevole potere immunogeno: essa agisce su numerosi tipi di cellule ed in particolare sui

cheratinociti innescando la risposta infiammatoria localizzata della cute ed è in grado di danneggiare irreversibilmente

anche i leucociti, fornendo uno strumento di evasione dalle cellule fagocitarie.

Oltre il 95% degli stipiti di S. pyogenes produce anche un’altra sostanza ad azione citolitici detta streptolisina-S, un

piccolo peptide che dopo la sintesi rimane associato alla superficie del batterio e che viene liberato nel mezzo di coltura

solo in presenza di sostanze (carrier) e di alcuni detergenti non ionici. La streptolisina-S è ossigeno stabile ed è

responsabile dell’alone di emolisi che si osserva intorno alle colonie alla superficie delle piastre di agar-sangue incubate

in aerobiosi. Una caratteristica singolare della streptolisina-S è la scarsa o assente immunogenicità e dalla conseguente

mancanza di risposta anticorpale nei soggetti infetti.

Nelle forme piogeniche acute l’azione patogena di S. pyogenes è favorita anche dalla produzione di una serie di

esoenzimi rappresentati fondamentalmente da una streptochinasi, in grado di convertire il precursore della IL-1β nella

forma attiva della citochine e di agire nei confronti di varie proteine presenti nella matrice cellulare, favorendone la

dissoluzione, e d una jaluronidasi, in grado di favorire la diffusione del batterio nei tessuti circostanti il sito della

colonizzazione primaria. S. pyogenes presenta anche una C5a-peptidasi , capace di distruggere il componente C5a del

complemento e di eliminarne l’azione di chemiotattico positivo. Tutti gli stipiti di S. pyogenes producono inoltre una

NADasi, con la quale il batterio è in grado di danneggiare i leucociti che hanno fagocitato il batterio e che è dotata di

potere immunogeno, ed una Dnasi. Molti stipiti infine producono una neuraminidasi, che agisce depolimerizzando le

secrezioni mucose presenti sugli epiteli delle prime vie respiratorie.

Alcuni stipiti producono una o più tossine pirogene presenti in diversi tipi,di cui SPE-A, SPE-B, SPE-C ed SPE-F sono

le più frequenti, ed il cosiddetto “superantigene streptococcico” .

Gli stipiti di S. pyogenes produttori di SPE-A sono responsabili della scarlattina, una patologia connotata clinicamente

dalla comparsa di una eruzione cutanea maculo-papulosa eritematosa caratteristica. La SPE-A è un polipeptide

codificato da un fago temperato, che ha una potenza azione pirogena.

La SPE-B è codificata da un gene a localizzazione cromosomica. Essa è in grado di attaccare le varie proteine

dell’ospite e svolge un ruolo notevole nella patogenesi delle più grandi lesioni acute da S. pyogenes (fascite

necrotizzante etc) .

La SPE-C, anch’essa codificata da un fago temperato, ha una struttura ed una azione molto simile a quella della SPE-A.

La SPE-F sembra la principale responsabile della insufficienza respiratoria acuta e dell’edema polmonare emorragico,

a causa di una azione lesiva sugli endoteli vascolari polmonari che ne causa una elevata permeabilizzazione.

S. pyogenes viene ricercato solitamente nell’essudato faringeo e in prelievi fatti su zone cutanee infette. Poiché in

queste zone e in particolare nella faringe sono presenti come commensali altri streptococchi, l’esame microscopico

diretto sul campione prelevato non ha significato e si ricorre sempre alla ricerca culturale. Per l’isolamento si procede

alla semina in piastre di agar-sangue. Le colonie appaiono spesso con aspetto mucoso e circondate da un alone di

emolisi. Un secondo metodo, senz’altro preferibile, è quello dell’agar-batteri. Il materiale prelevato viene sospeso in

una piccola quantità di brodo; si insemenza quindi con due o tre gocce di questa sospensione un provettone d’agar

liquefatto e raffreddato a 45° C , si aggiunge il sangue di pecora e si versa in piastra. Le colonie cresciute in profondità

sono tipiche per la forma a navetta ed appaiono circondate da un alone di emolisi molto più netto di quelle cresciute in

superficie. Per un’identificazione rapida è inoltre possibile ricorrere ad una reazione di immunofluorescenza. In questo

caso l’antigene viene posto a contatto con anticorpi antipolisaccaride di gruppo A coniugati con isotiocianato di

fluorescina. All’osservazione microscopica i streptococchi di gruppo A appaiono fluorescenti in corrispondenza della

periferia cellulare.

L’antibiotico di elezione è la penicillina alla quale S. pyogenes è costantemente sensibile e che può essere usata nella

terapia delle infezioni acute.

Non esistono attualmente vaccini anti-streptococcco di gruppo A. I soli anticorpi dotati di azione protettiva sembrano

essere gli anticorpi anti proteine M.

STREPTOCOCCHI DI GRUPPO B (STREPTOCOCCUS AGALACTIAE) 46

Lo Streptococcus agalactiae è noto da tempo come agente della mastite bovina e di occasionali infezioni umane a

livello delle vie urinarie e post partum. Esso è un batterio presente spesso come componente della popolazione

microbica commensale dell’uretra maschile e della vagina e può essere trasmesso da un individuo ad un altro durante il

rapporto sessuale. Il neonato si infetta in genere al momento del parto durante il passaggio nel canale del parto infetto.

S. agalactiae è caratterizzato dal possesso dell’antigene polisaccaridico di Lancefield di gruppo B ed è in genere non

emolitico e solo occasionalmente presenta attività β-emolitica. Esso produce il cosiddetto fattore CAMP, che è in grado

di completare la lisi di emazie esposte alla β-citolisina stafilococcica.

STREPTOCOCCHI VIRIDANTI

Con la denominazione di streptococchi viridanti si designano operativamente diverse specie di streptococchi che

possono essere isolate dal cavo orale o da altre sedi corporee e che sono solitamente dotate di proprietà α-emolitica.

ENTEROCOCCHI

Si tratta di cocchi rotondeggianti o, più spesso, ovali disposti in corte catenelle. Solitamente non emolitici, si ritrovano

solitamente nel materiale fecale dei vertebrati. Per alcune caratteristiche fisiologiche peculiari rappresentate

essenzialmente dalla capacità di crescere in terreni addizionali di sali biliari o del 6,5% di NaCl, dalla capacità di

svilupparsi a 45°C e di tollerare l’esposizione a 60°C per 30 min e dalla peculiare composizione dell’antigene di

Lancefield di gruppo D (costituito da acidi teicoici, nonché per l’esteso spettro di resistenza ai farmaci antibatterici, si

distinguono dal genere Streptococcus (di cui dividono le caratteristiche metaboliche fondamentali) e sono stati

classificati a parte nel genere Enterococcus.

NEISSERIE

Le neisserie sono cocchi Gram-negativi. La forma delle cellule è reniforme e generalmente le cellule sono disposte in

coppie (diplococchi) in cui i batteri si guardano per la parte piano-concava, simulando l’aspetto indicato come “a chicco

di caffè”. Sono batteri aerobi-anaerobi facoltativi, immobili, asporigeni, spesso capsulati. Tutte le neisserie producono

catalasi e sono positive alla reazione per la ossidasi. La maggior parte delle neisserie sono innocui commensali delle

prime vie aeree. Due specie sono altamente patogene per l’uomo: Neisseria meningitidis e Neisseria gonorrhoeae.

NEISSERIA MENINGITIDIS

La manifestazione morbosa dell’infezione da N. meningitidis (meningococco)è rappresentata da un’infiammazione

purulenta delle meningi, accompagnata da lesioni infiammatorie di vario grado a carico dell’encefalo e del midollo

spinale (meningite cerebrospinale epidemica).

I meningococchi possiedono un antigene presente nella membrana esterna comune a tutti i meningococchi e correlato

con analoghi antigeni di altre neisserie. Nei materiali patologici essi sono provvisti di una capsula di natura

polisaccaridica che può presentare caratteri antigeni diversi.

I meningococchi, con l’eccezione di alcuni stipiti particolarmente virulenti, non sono capaci di sopravvivere all’interno

dei fagociti e sono quindi parassiti extracellulari. Uno dei loro fattori di virulenza è rappresentato pertanto dal potere

antifagocitario della capsula. Essi non producono esotossine e la loro azione patogena è dovuta all’azione

dell’endotossina alla cui azione segue un esteso danno vascolare complicato da reazioni infiammatorie localizzate e

generalizzate.

Se il materiale che si ritiene essere patologico è ricco di batteri, l’identificazione delle neisserie può ottenersi mediante

reazioni di immunofluorescenza eseguite direttamente sul materiale patologico con un pool di sieri specifici. Per tutti gli

altri casi la certezza diagnostica si ottiene mediante isolamento colturale e successiva identificazione. Per l’isolamento

colturale si impiegano piastre di agar-ascite o, meglio, piastre di agar-sangue cotto a 60°C incubate a 37°C in presenza

del 5% di CO .

2

Neisseria meningitidis è sensibile alla penicillina ed ai sulfamidici ed ambedue i medicamenti vengono utilizzati nella

terapia della meningite cerebrospinale epidemica.

Per quanto riguarda i vaccini anti-meningococcici, è da sottolineare che recenti ricerche hanno portato all’isolamento in

forma purificata del polisaccaride capsulare ed hanno dimostrato che l’inoculazione di tale materiale è sprovvista di

effetti tossici indesiderabili mentre si accompagna alla comparsa di anticorpi dotati di efficacia protettiva.

NEISSERIA GONORRHOEAE

Neisseria gonorrhoeae, agente eziologico della gonorrea, ha gli stessi caratteri della meningitidis. Parassita

esclusivamente della specie umana, in cui si localizza primitivamente a livello dell’apparato genitale, si trasmette dai

soggetti infetti ai sani solo attraverso i rapporti sessuali. 47

Nel meccanismo di azione patogena intervengono l’azione antifagocitaria del polisaccaride superficiale (antigene

capsulare denominato antigene K) e l’azione tossica della endotossina (lipopolisaccaride della membrana esterna). Gli

stipiti patogeni sono provvisti di pili, la cui presenza favorisce l’adesione delle neisserie alle cellule delle mucose

genitali permettendone la localizzazione.

Per l’identificazione è sufficiente il reperto microscopico di diplococchi a forma di chicco di caffè Gram-negativi nelle

adeguate sedi di infezione.

Buona parte delle gonorrhoeae si dimostrano resistenti ai sulfamidici. Le penicilline invece rappresentano il

medicamento di elezione nella terapia dell’infezione gonococcica.

CORINEBATTERI

I corinebatteri sono bacilli di lunghezza variabile spesso a forma di clava, per la presenza ad uno o ad entrambi gli

estremi della cellula di una dilatazione. Sono batteri Gram-positivi o Gram-variabili (ossia facilmente decolorabili per

un’azione prolungata dell’alcool), sono sprovvisti di capsula, asporigeni ed immobili. Aerobi-anaerobi facoltativi, i

corinebatteri crescono bene in terreni arricchiti con liquidi organici (sieri). Producono catalasi.

Il principale corinebatterio è il Corynebacterium diphtheriae.

CORYNEBACTERIUM DIPHTHERIAE

È l’agente eziologico della difterite, una malattia che in natura colpisce solo la specie umana. Essa consiste in

un’infiammazione localizzata di una mucosa, il cui epitelio va incontro a necrosi e viene inglobato in un essudato ricco

di leucociti e fibrina, dando così luogo ad una pseudomembrana grigiastra, che aderisce tenacemente al connettivo

sottomucoso. Normalmente l’infezione si localizza al naso-faringe, alle tonsille, al velopendulo ed all’ugola.

I bacilli difterici rimangono localizzati nel focolaio infiammatorio senza alcuna tendenza ad invadere il torrente

circolatorio o comunque a diffondere in sedi anatomiche non contigue, mentre la tossina che essi producono diffonde,

per via ematica, in tutto l’organismo provocando gravi lesioni degenerative.

Nella parete cellulare ci C. diphtheriae, collegate alla porzione peptidoglicanica, si ritrovano notevoli quantità di

polisaccaridi esterificati con acidi grassi e, più superficialmente, uno strato proteico ed una notevole quantità di diesteri

del trealoso (un disaccaride formato da due molecole di glucosio). La porzione polisaccaridica forma il cosiddetto

antigene O, mentre quella proteica l’antigene K.

La patogenicità dei bacilli difterici è dovuta alla produzione di un’unica, potentissima, esotossina: la tossina difterica,

rappresentata da un’unica catena polipeptidica con due ponti disolfurici intracatenari. La tossina penetra nell’organismo

attraverso le lesioni dell’epitelio mucoso nel luogo di impianto del corinebatterio e diffonde attraverso il circolo ematico

e linfatico, legandosi in corrispondenza di recettori superficiali di natura ancora imprecisata alla superficie di tutti gli

elementi cellulari con cui viene a contatto (preferendo soprattutto fibre muscolari striate e del miocardio).

L’identificazione microscopica di C. diphtheriae può trarre vantaggio dall’impiego di sieri immuni anti-tossina

coniugati con fluorescina, i quali colorano i corinebatteri tossigeni alla cui superficie esiste sempre una certa quantità di

tossina. Il materiale viene inoculato in terreno di Löffler (siero di vitello coagulato), nel quale i bacilli difterici crescono

rapidamente, e contemporaneamente viene inoculato anche in una piastra di terreno selettivo generalmente costituito da

agar-sangue addizionato di tellurito di potassio, sul quale i corinebatteri crescono formando colonie di colorito nerastro.

I corinebatteri difterici sono sensibili a numerosi antibiotici (penicilline, cefalosporine, tetracicline, eritromicina).

L’immunizzazione attiva contro la difterite (vaccinazione) si pratica mediante la somministrazione di vaccini a base di

anatossina. Essendo infatti la tossina il principale responsabile della malattia ed essendo le tossine prodotte dai

corinebatteri difterici tutte uguali, l’immunità antitossica è sufficiente per proteggere l’individuo dal rischio di contrarre

la malattia.

LISTERIA MONOCYTOGENES

Listeria monocytogenes deve il suo nome al fatto che le infezioni da essa provocate nell’uomo e negli animali sono

caratterizzate da un elevato numero di grossi monociti nel sangue circolante.

Le listerie sono piccoli bacilli Gram-positivi, disposti spesso a V o a palizzata, aerobi-anaerobi facoltativi, sprovvisti di

capsula, asporigeni e mobili per la presenza di flagelli.

L. monocytogenes è un parassita a prevalente localizzazione intracellulare ed ha una profonda influenza sul

citoscheletro cellulare su quale agisce inducendovi una drammatica polimerizzazione dell’actina, che il batterio sfrutta

per muoversi all’interno della cellula parassitata e trasmettersi alle cellule vicine. Dopo pochi minuti dall’ingresso nella

cellula, infatti, il batterio si libera nel citosol lisando la membrana del vacuolo endosomico e si riveste di un induito di

actina polimerizzata iniziando quindi a dividersi. La continua polimerizzazione di actina finisce con il formare una sorta

di “coda” di materiale fibroso che il batterio si trascina movendosi all’interno della cellula. Questa coda viene utilizzata

come mezzo di spinta del batterio contro la membrana cellulare su cui provoca una protuberanza che si spinge sulla

membrana di una cellula vicina forzandone la introflessione, il che finisce col dar luogo ad una sorta di vescicola con un

48

involucro formato da una doppia membrana dalla quale il batterio si libera per la dissoluzione di alcuni tratti,

trasferendosi nella nuova sede cellulare.

L’identificazione di L. monocytogenes nei materiali patologici è possibile solo attraverso isolamento colturale con

piastre di agar-sangue, in cui le colonie di Listeria appaiono rotonde, a margini netti e circondate da un alone di emolisi

torbida che compare dopo la seconda giornata di incubazione a 37°C. I batteri presenti nelle colonie sospette si

differenziano dai corinebatteri per la loro mobilità.

BACILLUS

I bacilli anaerobi o aerobi-anaerobi facoltativi, capaci di produrre spore, sono compresi nel genere Bacillus.

BACILLUS ANTHRACIS

Il carbonchio (o antrace) è un’affezione setticemica che colpisce molti animali, i quali si infettano generalmente per via

alimentare ingerendo foraggio contaminato da spore. Il carbonchio può occasionalmente trasmettersi all’uomo per la

penetrazione di spore attraverso una soluzione di continuo della cute o per via inalatoria.

Nel primo caso si ha la formazione di un intenso eritema con numeroso edema circostante, associato a febbre e

malessere generale e con una tendenza alla guarigione spontanea.

Nell’infezione per via inalatoria, all’iniziale localizzazione polmonare fa seguito la disseminazione dell’infezione ai

linfonodi mediastinici e di qui a tutto il resto dell’organismo con gravi segni di tossiemia, febbre elevata e dispnea,

seguiti quasi sempre da collasso cardiocircolatorio e mortalità elevatissima.

Bacillus anthracis è un bacillo di notevoli dimensioni, con tendenza a disporsi in catene anche molto lunghe che,

essendo gli estremi cellulari squadrati, assumono il tipico aspetto chiamato “a canna di bambù”. Gram-positivo,

immobile, sporigeno, è provvisto di una capsula molto evidenti nei materiali patologici. Aerobio-anaerobio facoltativo,

cresce meglio in presenza di ossigeno e la produzione di spore si verifica solo in ambiente aerobio.

Nel caso di infezione per via transcutanea le spore, che si ritrovano negli spazi intercellulari, vanno rapidamente

incontro a germinazione con produzione delle forme vegetative che resistono alla fagocitosi soprattutto grazie all’azione

antifagocitaria della capsula, che rappresenta il principale fattore di virulenza del bacillo.

Nel caso di infezione per via inalatoria, le spore vengono captate da macrofagi alveolari nei cui fagosomi esse

sopravvivono, dando poi luogo alle forme vegetative (bacilli) che vengono trasferite attraverso la barriera alveolare

dagli stessi macrofagi, dai quali i bacilli si liberano per immettersi negli spazi tessutali extracellulari o ematici, in

seguito alla morte ed alla lisi dei macrofagi ad opera della tossina carbonchiosa.

L’identificazione di Bacillus anthracis nei materiali patologici di provenienza umana è relativamente semplice: è

sufficiente infatti un esame microscopico per avanzare un’ipotesi di infezione da questo tipo di bacillo. La conferma si

ottiene isolando il batterio in coltura ed identificando i batteri presenti nelle colonie sospette; B. anthracis si differenzia

dagli altri bacilli per la sua immobilità.

B. anthracis è di norma sensibile alle penicilline e alle tetracicline.

BACILLUS CEREUS

Bacillus cereus è un bacillo Gram-positivo, sporigeno, aerobio-anaerobio facoltativo, ampiamente diffuso nel suolo e

nei vegetali.

B. cereus è responsabile di alcune intossicazioni alimentari umane conseguenti all’ingestione di cibi nei quali il batterio

si sia moltiplicato producendo un’enorme quantità di tossina.

CLOSTRIDI

I clostridi sono bacilli Gram-positivi, in gran parte mobili per la presenza di flagelli peritrichi, raramente capsulati.

Producono spore generalmente a localizzazione terminale o subterminale, le quali hanno un diametro che eccede quello

dello sporangio che appare rigonfiato in corrispondenza della spora. Anaerobi obbligati, mancano del sistema dei

citocromi e di catalasi e producono ATP esclusivamente mediante reazioni di fosforilazione a livello del substrato

fermentando diversi materiali e in particolare aminoacidi.

Producono una grandissima varietà di enzimi che si liberano nell’ambiente, alcuni dei quali sono dotati di altissima

tossicità per gli organismi animali.

CLOSTRIDIUM TETANI

Il tetano è una malattia caratterizzata clinicamente dalla comparsa di violenti spasmi muscolari spesso concomitanti alla

paralisi flaccida di limitati distretti muscolari (muscoli oculari). Il tetano è la conseguenza della penetrazione

accidentale di spore tetaniche nei tessuti profondi dell’organismo attraverso una ferita, anche assai lieve, contaminata da

terriccio. Clostridium tetani è un batterio poco virulento, con nessuna tendenza diffondere oltre il punto di penetrazione

49

nell’organismo; e anche la zona infetta difficilmente presenta segni di lesioni locali per cui il focolaio di infezione può

addirittura passare inosservato. Tutta la sintomatologia dell’infezione tetanica è riconducibile alla produzione da parte

del batterio di una esotossina dotata di altissima tossicità. Nell’organismo infetto la tossina eliminata dai clostridi

metabolizzanti nel punto di penetrazione si lega a livello delle membrane sinaptiche delle terminazioni dei nervi motori

e i recettori responsabili di tale fissazione sono rappresentati da alcuni particolari gangliosidi. A livello delle membrane

sinaptiche la tossina può, in alcune circostanze, impedire la trasmissione dell’impulso nervoso dalla terminazione

nervosa al muscolo per cui qualsiasi, anche lieve, contrazione muscolare si accompagna alla contrazione della

muscolatura antagonista, con la conseguente paralisi spastica.

L’identificazione di C. tetani non è mai necessaria data la tipicità del quadro clinico.

CLOSTRIDIUM BOTULINUM

Nell’uomo il botulismo è generalmente un’intossicazione e non una malattia da infezione e fa seguito all’ingestione di

cibi contaminati da C. botulinum e nei quali il batterio si sia moltiplicato producendo tossina botulinica. Clinicamente il

botulismo è rappresentato da una paralisi flaccida della muscolatura scheletrica, che inizia in genere a livello dei

muscoli oculari e si estende progressivamente portando alla morte del paziente per paralisi dei muscoli respiratori o

arresto cardiaco. Tutta la patogenesi del botulismo è causata da una tossina attiva in dosi infinitesimali: la tossina

botulinica. Essa viene assorbita dall’intestino e diffonde per via ematica agendo a livello della giunzione

neuromuscolari e su tutte le terminazioni colinergiche pre e post-gangliari del sistema nervoso periferico, impedendo la

trasmissione dell’impulso nervoso con conseguente paralisi flaccida. Probabilmente la tossina agisce anche a livello

delle sinapsi del sistema nervoso centrale, ma i sintomi periferici tendono a mascherare le conseguenze di questo fatto.

ENTEROBATTERI

Gli enterobatteri sono bacilli Gram-negativi, asporigeni, mobili per flagelli peritrichi o immobili, quasi costantemente

provvisti di pili, aerobi-anaerobi facoltativi. Coltivati in anaerobiosi producono citocromi e ricavano energia dalla

completa ossidazione dell’acido piruvico attraverso il ciclo di Krebs. Non possiedono comunque il citocromo e

risultano quindi negativi al test della ossidasi. Sempre in anaerobiosi, sono tutti in grado di utilizzare il glucosio per via

fermentativa con produzione di acidi e gas. Questa proprietà e l’assenza del citocromo distingue gli enterobatteri dagli

altri bacilli Gram-negativi.

L’identificazione del tipo di enterobatteri è possibile in base a quattro caratteristiche biochimiche:

- capacità di utilizzare particolari substrati come unica fonte di carbonio

- presenza di particolari enzimi

- produzione di specifici prodotti metabolici

- capacità di fermentare particolari zuccheri

La superficie della cellula degli enterobatteri è caratterizzata dalla presenza di numerose molecole di lipopolisaccaride

sulla membrana esterna. Esse sono responsabili sia delle proprietà tossiche dei batteri (dovute fondamentalmente alla

porzione lipidica), sia della composizione antigene della superficie del soma batterico (antigene O), la cui specificità è

conseguente alla composizione ed alla disposizione spaziale della porzione polisaccaridica. Il polisaccaride che

costituisce l’antigene O degli enterobatteri è formato da due porzioni di cui una, situata più profondamente, costituisce

una sorta di scheletro comune, identico in tutti gli enterobatteri, mentre l’altra è formata da differenti e specifiche catene

saccaridiche che rappresentano i determinanti antigeni specifici. Delle catene specifiche che condizionano la specificità

sierologica dell’antigene O ne esistono di vario tipo; non solo, ma possono esisterne di più tipi nello stesso batterio e,

contemporaneamente, una stessa catena può essere presente in più batteri diversi: il che ci spiega la definizione di

mosaico per indicare la composizione antigene della superficie della cellula degli enterobatteri.

Situato più superficialmente rispetto all’antigene O, è presente in molti enterobatteri un involucro di polisaccaridi acidi

che ne rappresentano lo strato mucoso e che talora assume le dimensioni di una capsula ben sviluppata. Esso è

denominato antigene K in tutti gli enterobatteri, con l’eccezione delle Salmonelle dove è indicato con il nome di

antigene Vi (virulenza), dato che negli stipiti che lo possiedono esso rappresenta un determinante di virulenza

essenziale.

Negli enterobatteri mobili, infine, è presente una terza categoria di antigeni rappresentati dalle proteine flagellari

globalmente indicate come antigene H, le quali possono presentare una grande varietà di differenti specificità

antigeniche.

Gli enterobatteri sono coinvolti in una serie di manifestazioni morbose umane che, schematicamente, possono essere

divise come segue:

1) Infezioni sistemiche: rappresentate dalle cosiddette febbri enteriche (tifo e paratifo) in cui l’interessamento

dell’intestino si accompagna ad una diffusione dell’infezione a tutto l’organismo.

2) Infezioni primitivamente ed esclusivamente intestinali: rappresentate da varie forme di enteriti e gastroenteriti

causate da batteri del genere Salmonella e Shigella e da alcuni stipiti di Escherichia coli. D al punto di vista

dell’azione patogena gli enterobatteri enteropatogeni si distinguono in invasivi e non invasivi. Gli enterobatteri

invasivi sono le Shigelle, le Salmonelle ed alcuni stipiti di Escherichia coli. Essi si localizzano nella porzione

50

distale dell’intestino penetrando nella mucosa dove provocano alterazioni istopatologiche evidenti. Gli

enterobatteri non invasivi sono rappresentati soprattutto da alcuni stipiti di Escherichia coli che si localizzano

nell’intestino tenue ed elaborano enterotossine che agiscono stimolando l’attività secretoria della mucosa

intestinale senza provocarvi lesioni istopatologiche.

3) Infezioni a localizzazione extraintestinale: sono rappresentate principalmente da infezioni urinarie nella

grandissima maggior parte dei casi sostenute da Escherichia coli.

Le infezioni da enterobatteri a localizzazione intestinale o sistemiche sono, di norma, infezioni esogene, e seguono

all’ingestione di cibi contaminati con materiale fecale di individui a loro volta infetti.

Le infezioni da enterobatteri a localizzazione extraintestinale sono, invece, infezioni endogene e fanno seguito alla

diffusione in altre sedi dell’organismo di enterobatteri ,altrimenti innocui commensali del contenuto dell’intestino, o

alla possibilità di invasione delle mucose.

ESCHERICHIA

Il genere Escherichia comprende un’unica specie, Escherichia coli, un ospite normale dell’organismo umano in cui

rappresenta la specie predominante della comunità batterica aerobia-anaerobia facoltativa residente nell’intestino

crasso.

Dal punto di vista sierologico gli stipiti di E. coli si dividono in numerosi sierotipi sulla base dei diversi antigeni O, K e

H.

Un primo gruppo di E. coli patogeni per l’uomo è rappresentato dagli stipiti denominati uropatogeni, perché

rappresenta l’agente eziologico più frequente ed importante di infezioni endogene delle vie urinarie.

Un altro importante gruppo di E. coli patogeni è rappresentato dagli stipiti enteritogeni, agenti eziologici di enteriti in

conseguenza di infezioni esogene contratte per l’ingestione di alimenti contaminati con materiale fecale di soggetti

infetti in modo asintomatico.

A seconda del meccanismo patogenico, si distinguono diversi gruppi di E. coli, di cui quelli più frequenti nella

patologia umana sono:

- E. coli enteropatogeni o EPEC

- E. coli enterotossigeni o ETEC

- E. coli enteroinvasivi o EIEC

- E. coli enteroemorragici o EHEC

Gli stipiti EPEC sono stati i primi ad essere riconosciuti responsabili di patologia intestinale sulla base di valutazioni

essenzialmente epidemiologiche. Sono privi di potere tossinogeno o invasivo ed appaiono invece spesso provvisti di

una peculiare adesività localizzata, legata alla presenza nell’organismo di un fattore di aderenza (EAF) corrispondente

ad una proteina della membrana esterna codificata da un plasmide.

Gli stipiti ETEC costituiscono la principale causa di diarrea infantile nei paesi in via di sviluppo. Essi sono provvisti di

adesine (fimbrie) specifiche per la mucosa intestinale e devono la loro patogenicità alla produzione di due potenti

enterotossine di cui una termolabile (o LT) e una termostabile (o ST).

Gli stipiti EIEC, enteroinvasivi, prediligono la mucosa del colon e sono responsabili di una forma dissenterica

clinicamente caratterizzata da febbre, intensi crampi addominali, malessere ed abbondante emissioni di feci prima

acquose e poi sanguinolente. Gli stipiti EIEC si attaccano specificamente alla mucosa dell’intestino crasso e ne

invadono le cellule da cui vengono inglobati tramite endocitosi. All’interno della cellula essi lisano il vacuolo

endocitico, si moltiplicano all’interno della cellula che hanno ucciso e poi si diffondono alle cellule contigue.

Gli stipiti EHEC elaborano, per un fenomeno di conversione lisogenica, due potenti citotossine (Verotossina 1 e 2).

Questi stipiti, essendo sprovvisti di potere invasivo, provocano in genere quadri clinici con scarsi sintomi dissenterici.

SHIGELLE

Le Shigelle in base ad alcuni caratteri biochimici ed alle caratteristiche antigeni si distinguono in quattro specie o

sottogruppi, ognuno dei quali comprende diversi tipi sierologici.

- Sottogruppo A: Shigella dysenteriae.

- Sottogruppo B: Shigella flexneri.

- Sottogruppo C: Shigella boydii.

- Sottogruppo D: Shigella sonnei.

Le Shigelle sono gli agenti eziologici della dissenteria bacillare, una malattia caratterizzata da un breve periodo di

incubazione e da una sintomatologia dominata da numerose e violente scariche diarroiche mucosanguinolente. Alla

diarrea si associano spesso febbre modica, dolori addominali e vomito. La malattia si contrae per ingestione di alimenti

contaminati da feci di malati o portatori sani. Le Shigelle sono parassiti esclusivi dell’uomo che rappresenta l’unica

sorgente di infezione. Esse, introdotte con gli alimenti, riescono a superare la barriera dell’acidità gastrica e vanno a

localizzarsi nella mucosa del colon dove moltiplicandosi esercitano la loro azione patogena. L’azione patogena delle

Shigelle è dovuta alla loro capacità di penetrare, nonostante l’assenza di mobilità attiva, nelle cellule dell’epitelio 51

mucoso integro, passando poi nella lamina propria della mucosa intestinale dove si moltiplicano con accumulo di

prodotti metabolici e liberazione di endotossina in seguito alla lisi dei corpi bacillari.

SALMONELLE

Le salmonelle sono responsabili di patologie quali gastroenteriti e forme sistemiche.

Salmonella enterica comprende più del 95% dei sierotipi (o serovar) di salmonelle riscontrabili in materiali patologici

umani. I serovar adattati all’uomo sono generalmente responsabili di gravi forme sistemiche (tifo, setticemie) e si

trasmettono direttamente da uomo a uomo senza ospiti intermedi, attraverso il circuito oro-fecale.

La forma tipica e più grave di infezione sistemica da salmonella è rappresentata dal tifo, il cui agente eziologico è

Salmonella typhi.

Le salmonelle introdotte con i cibi raggiungono l’intestino, dove essendo presenti, di norma, in numero modesto, hanno

poche possibilità di attecchire direttamente: se alcune salmonelle riescono, però, penetrando attraverso la mucosa, a

raggiungere i linfonodi mesenterici, da qui, attraverso il dotto toracico, si riversano nel circolo ematico, provocando una

fugace batteriemia, localizzandosi successivamente nelle cellule reticoloendoteliali della milza, del fegato e di altri

organi, nel cui interno riescono a moltiplicarsi attivamente.

Dopo un certo tempo le Salmonelle, raggiunta una notevole consistenza numerica, passano nel sangue provocando una

batteriemia persistente per alcuni giorni, seguita da una localizzazione massiccia a livello di vari organi ed in particolare

della colecisti, da dove, attraverso la bile, si riversano in gran numero nell’intestino riuscendo ad infiltrarsi nell’epitelio

intestinale, fino a raggiungere la lamina propria dove si moltiplicano. Contemporaneamente la mucosa intestinale viene

colonizzata dalle Salmonelle anche a livello delle strutture linfatiche note come placche di Peyer, che sarebbero

raggiunte dalle Salmonelle per via ematica, e dove, per l’intensa reazione infiammatoria potenziata dalla reazione

immune cellulo-mediata nella mucosa sensibilizzata dal precedente contatto, si producono delle vere e proprie

ulcerazioni.

CITROBACTER

Sono relativamente frequenti come agenti di infezioni urinarie e come patogeni opportunisti in varie localizzazioni

extraintestinali.

KLEBSIELLE

Sono enterobatteri provvisti di capsula, immobili, commensali delle vie respiratorie e delle vie urinarie dell’uomo.

ENTEROBACTER

Sono molto simili alle Klebsielle dalle quali si distinguono essenzialmente per la mobilità. Sono frequenti commensali

dell’organismo umano soprattutto a livello delle vie urinarie e altre sedi extraintestinali.

PROTEUS

Rappresentano i più frequenti agenti eziologici di infezioni urinarie dopo i batteri del genere Escherichia e possono

provocare anche infezioni delle vie respiratorie.

METODI DI IDENTIFICAZIONE DEGLI ENTEROBATTERI

Le localizzazioni intestinali degli enterobatteri si manifestano clinicamente con diarrea più o meno intensa o con il più

complesso quadro clinico delle febbri enteriche (tifo e paratifi). In questi casi gli enterobatteri che possono entrare in

gioco come possibili agenti eziologici sono rappresentati fondamentalmente dagli stipiti enteropatogeni di E. coli, dalle

Shigelle e dalle Salmonelle.

Nei materiali patologici di provenienza extraintestinale, invece, il reperto di enterobatteri è sempre casuale, ossia è il

risultato di un esame batteriologico inteso a svelare quale batterio sia presente nel materiale.

REAZIONI SIEROLOGICHE

Nelle affezioni extraintestinali sostenute da enterobatteri la possibilità di utilizzare reazioni sierologiche a scopo

diagnostico non è nemmeno teoricamente pensabile. La ricerca di anticorpi, infatti, presuppone un preciso sospetto

sull’agente eziologico in causa, in modo da poterlo impiegare come antigene nella reazione. Il ruolo di un enterobatterio

52

extraintestinale invece si concretizza solo al momento in cui il batterio viene isolato dal prodotto morboso, quando cioè

la diagnosi eziologica è praticamente già posta in base al reperto dei batteri nel materiale morboso.

Anche nelle infezioni intestinali, nonostante il sospetto eziologico può essere abbastanza indirizzato in base ai dati

clinici, non è possibile utilizzare reazioni sierologiche a scopo diagnostico sia per il breve periodo di incubazione e la

breve durata dell’affezione, per cui gli anticorpi non raggiungono livelli circolanti evidenziabili, sia per la notevole

varietà di tipi antigeni.

VIBRIONI

I vibrioni sono bacilli Gram-negativi la cui cellula presenta una curvatura lungo l’asse maggiore assumendo la forma di

una C o di una virgola. Tutti i vibrioni sono mobili per la presenza di un unico flagello. Asporigeni, non capsulati, sono

aerobi-anaerobi facoltativi.

VIBRIO CHOLERAE

Il colera consiste in un’enterite caratterizzata dall’emissione di grandissime quantità di feci acquose, che possono

ammontare ad alcuni litri al giorno, con un contenuto di potassio eccezionalmente elevato. L’abbondante perdita di

acqua porta alla disidratazione, seguita da acidosi e squilibrio della bilancia elettrolitica. L’enterite colerica fa seguito

all’ingestione di cibi o bevande contaminate da materiale fecale di malati o convalescenti ed ha un breve periodo di

incubazione.

La specie V. cholerae comprende una notevole quantità di gruppi sierologici definiti in base alle caratteristiche

antigeniche dell’antigene “O”.

I vibrioni colerici si moltiplicano nell’intestino, alla superficie della mucosa, aderendo, senza penetrarvi, alle cellule

dell’epitelio intestinale che si mantiene senza evidenti alterazioni istopatologiche. I vibrioni eliminano nell’ambiente

alcuni esoenzimi ed in particolare una neuraminidasi, ed inoltre altri producono anche un’emolisina. Né queste

sostanze, né la stessa endotossina sembrano però essenziali nella patogenesi dell’affezione colerica, che è invece

riconducibile alla produzione di una esotossina enterotossina.

I vibrioni colerigeni non hanno alcuna tendenza a diffondere oltre la mucosa intestinale e la loro ricerca si esegue

esclusivamente sul materiale fecale. La certezza diagnostica si ottiene mediante isolamento colturale ed identificazione

sierologica.

I vaccini oggi in uso sono allestiti con sospensioni di vibrioni colerici uccisi e vengono somministrati per via

sottocutanea in due dosi ad almeno 7 giorni di distanza l’uno dall’altro.

PSEUDOMONAS

Si tratta di bacilli Gram-negativi, mobili per la presenza di un singolo flagello polare, in grado di metabolizzare i

carboidrati esclusivamente attraverso vie metaboliche ossidative (batteri non fermentanti), aerobi-anaerobi facoltativi,

ossidasi positivi.

PSEUDOMONAS AERUGINOSA

Pseudomonas aeruginosa non riesce di norma a provocare infezioni umane se non in presenza di condizioni locali

(traumi, ustioni…) o generali (compromissione della risposta immune) favorenti (batterio opportunista).

La patologia più frequente è rappresentata dalle infezioni delle basse vie respiratorie e negli ultimi anni ha quasi

completamente soppiantato Staphylococcus aureus come causa principale della colonizzazione batterica polmonare.

Numerosi stipiti producono un’esotossina denominata esotossina A, di struttura e di azione patogena analoga alla

tossina difterica, ed un’altra tossina ADP-ribosilante denominata esotossina S. P. aeruginosa produce anche due tossine

citolitiche (o emolisine), una citotossina che sembra agire sulle membrane cellulari provocando un aumentato influsso

di calcio e la susseguente dissoluzione delle membrane dei lisosomi con la liberazione del loro contenuto enzimatico nel

citosol, e diverse proteasi con la funzione di invasine.

Numerose strutture superficiali della cellula batterica sono coinvolte nell’attività patogena: esse consistono in una serie

di adesine, nella presenza di flagelli e, soprattutto, nella capacità di sintetizzare un’enorme quantità di particolari

polisaccaridi extracellulari, che si addensano in una lassa struttura intorno alla cellula, cui conferiscono una grande

capacità di aderire a varie superfici favorendovi la colonizzazione e la moltiplicazione batterica.

CAMPYLOBACTER

I campilobatteri sono batteri Gram-negativi, di forma incurvata o elicoidale, di lunghezza e spessore variabili,

asporigeni e mobili per la presenza di uno o due flagelli a collocazione polare. Dotati di metabolismo respiratorio, non

fermentano alcuno zucchero e sono positivi alla reazione per la ossidasi. Per moltiplicarsi necessitano di una diminuita

tensione di ossigeno rispetto a quella atmosferica e crescono bene nei comuni terreni di coltura.

Le enteriti da campilobatteri sono caratterizzate da manifestazioni diarroiche. 53

HELICOBACTER

HELICOBACTER PYLORI

È un bacillo Gram-negativo, ricurvo a spirale, mobile per la presenza di 5-6 flagelli unipolari. Aerobio-anaerobio

facoltativo, cresce bene in adatti terreni abiotici di coltura. Ossidasi-positivo, produce catalasi e presenta una

assolutamente peculiare ed intensa attività ureasica. La colonizzazione da Helicobacter pylori è significativamente

associata con la presenza di una gastrite cronica antrale e la successiva comparsa di ulcera gastrica e ulcera

duodenale. È inoltre dimostrato un chiaro nesso eziologico tra la presenza di gastrite cronica da H. pylori e la comparsa

di ulcera peptica.

Nel primo stadio di infezione, quando cioè il batterio raggiunge la mucosa gastrica, la produzione di ureasi, la motilità

batterica ed alcune molecole di superficie con la funzione di adesine, sono tra i fattori principali che condizionano la

colonizzazione batterica della mucosa. L’ureasi serve al batterio per proteggersi dall’estrema acidità dell’ambiente

mediante l’idrolizzazione dell’urea normalmente presente nella cavità gastrica con rilascio all’esterno di ammonio e

bicarbonato, che neutralizzano il pH nell’ambiente circostante la cellula batterica. L’epitelio è quindi libero di

penetrare, usando la spinta dei flagelli, e di aderire (per mezzo delle adesine) alla membrana delle cellule dell’epitelio

mucoso.

Circa il 60% degli stipiti di H. pylori possiede la capacità di produrre una particolare citotossina che, per l’effetto che

essa produce sulle cellule esposte alla sua azione, è denominata tossina vacuolante A (o VacA). La citotossina

vacuolante è una proteina che viene internalizzata dalle cellule della mucosa gastrica e gioca un ruolo essenziale nella

patologia gastrica.

Il 65% dei batteri possiede anche un altro gene che codifica, a sua volta, una proteina che rappresenta una sorta di

marker della capacità del batterio di produrre tossina vacuolante. Di conseguenza il gene stesso è stato definito cagA e

CagA il relativo prodotto proteico. Associato a cagA, i batteri possiedono un segmento di DNA contenente più di 25

geni diversi che rappresenta una sorta di isola di DNA presente solo nei batteri con maggior grado di patogenicità ed è

indicata appunto come isola di patogenicità cag. Le funzioni di CagA e dei prodotti dei geni presenti nell’isola di

patogenicità non sono ancora definite completamente.

Una volta che H. pylori sia adeso all’epitelio mucoso, inizia il danneggiamento delle cellule ad opera della citotossina

vacuolante. L’insieme dei fenomeni lesivi della mucosa e le conseguenti reazioni dell’organismo ospite, portano ad

un’alterata funzionalità della mucosa gastrica che si traduce in un’aumentata produzione di gastrina, in un aumento

reattivo della massa cellulare della parete cellulare ed in un’aumentata produzione di acido.

La presenza di H. pylori può essere dimostrata mediante esame microscopico di campioni bioptici di mucosa gastrica o

isolamento colturale dallo stesso tipo di materiale, adeguatamente sospeso ed inoculato in idonei terreni di coltura.

EMOFILI

Per la coltivazione di molti batteri la presenza di sangue nei terreni di coltura rientra nell’uso corrente e ha lo scopo di

fornire un arricchimento nutrizionale o di consentire l’apprezzamento della produzione di tossine emolitiche. Per gli

emofili invece la presenza di sangue ha il significato preciso di sorgente di due fattori che questo gruppo di batteri non è

in grado sintetizzare: un materiale termostabile detto fattore X e un materiale termolabile denominato fattore V. Il

fattore X non è altro che il gruppo eme necessario alla sintesi degli enzimi eminici, la cui sorgente nel sangue è

rappresentata dall’emoglobina, mentre il fattore V non è altro che NAD o NADP, gli accettori o i donatori di idrogeno

di molte deidrogenasi nei processi bioenergetici

HAEMOPHILUS INFLUENZAE

Così chiamato perché ritenuto erroneamente l’agente eziologico dell’influenza (che è invece provocata da un virus), al

momento dell’isolamento è costantemente provvisto di capsula e dà luogo alla formazione di colonie di aspetto liscio; in

seguito a coltura in vitro si selezionano rapidamente varianti sprovviste di capsula che formano colonie rugose.

Dal punto di vista antigene, la struttura più importante è rappresentata dalla capsula, costituita da polisaccaridi, le cui

varianti consentono di suddividere il batterio in sei diversi tipi sierologici (a, b, c, d, e, f) più un gruppo di stipiti non

tipizzabili (NT). Tutti i tipi di H. influenzae presentano, inoltre, almeno due antigeni proteici comuni, denominati M e

P, dislocati probabilmente alla superficie della parete cellulare.

Il potere patogeno sembra legato essenzialmente all’attività antifagocitaria della capsula, nonché all’azione

dell’endotossina, il cui peso nell’azione patogena è ancora indefinito, ed alla probabile azione tossica della proteina M.

Haemophilus influenzae è l’agente eziologico delle meningiti prevalentemente nella prima infanzia, nonché di laringiti

o di affezioni delle vie respiratorie profonde.

La vaccinazione è consigliata nella prima infanzia (entro i 5-6 anni).

BORDETELLE 54

Le Bordetelle sono bacilletti o cocco-bacilli, Gram-negativi con evidente colorazione bipolare. Aerobi obbligati,

producono catalasi ed utilizzano gli zuccheri con metabolismo ossidativo. Tutte le specie presentano una capsula con

peculiari caratteri antigeni, che si perde rapidamente in coltura, e possiedono almeno un antigene proteico somatico in

comune.

BORDETELLA PERTUSSIS

La pertosse è un’affezione tipica della prima infanzia o dell’età scolare.

B. pertussis è un batterio a circolazione esclusivamente interumana e l’infezione è disseminata dai soggetti nella fase

iniziale della malattia, mentre non sembra dimostrata l’esistenza di portatori sani. Il batterio si localizza alla superficie

dell’epitelio ciliato della trachea e dei bronchi per mezzo di adesine di natura proteica, che conferiscono al batterio

proprietà emoagglutinanti nei confronti di emazie di varie specie animali. B. pertussis ha scarsa o nulla tendenza a

superare l’epitelio mucoso, per cui non si ritrova mai nel sangue e non provoca localizzazioni a distanza.

Il ruolo principale dell’azione patogena lo svolge la cosiddetta tossina della pertosse, che agisce con un meccanismo

enzimatico (ADP-ribosil trasferasi). Ci sono poi altre tossine che svolgono un ruolo secondario o comunque di

comparsa nello svolgersi del processo infiammatorio.

La diagnosi si pone di norma in base al quadro clinico. Nei casi dubbi si ricorre all’isolamento del batterio dalle

secrezioni bronchiali o all’identificazione del batterio, direttamente nelle secrezioni, mediante prove di

immunofluorescenza indiretta. È possibile anche ricorrere alla ricerca di anticorpi mediante prove di agglutinazione o di

fissazione del complemento.

I vaccini acellulari impiegati attualmente sono allestiti con tossina pertossica inattivata.

LEGIONELLE

Sono bacilletti Gram-negativi, mobili per la presenza di flagelli polari o laterali, che non sono in grado di fermentare o

ossidare i carboidrati ed utilizzano vari aminoacidi come sorgente di carbonio e di energia metabolica. Sono parassiti

intracellulari facoltativi che si moltiplicano nei fagosomi dei monociti e dei macrofagi alveolari e possiedono almeno

due fattori in grado di inibire l’attivazione dei fagociti, rappresentati rispettivamente da una citotossina, formata da un

piccolo peptide termostabile, ed una fosfatasi, in grado di bloccare la produzione di anione superossido da parte dei

neutrofili. In oltre le legionelle presentano diversi fattori di virulenza in grado di promuoverne la capacità invasiva

cellulare e la sopravvivenza e moltiplicazione intracellulare.

La diagnosi batteriologica può essere posta mediante la dimostrazione diretta di legionelle nei materiali polmonari

patologici sia mediante osservazione microscopica di preparati trattati con anticorpi con anticorpi monoclonali e marcati

con fluorescina (immunofluorescenza diretta), sia attraverso l’impiego di adeguate sonde molecolari, oppure mediante

isolamento colturale.

MICOBATTERI

I micobatteri sono bacilli lunghi e molto sottili. Presentano caratteristici involucri esterni di cui abbiamo parlato

precedentemente (pag. 20). La peculiare struttura degli involucri esterni rende le cellule dei micobatteri difficilmente

penetrabili dai normali coloranti usati in batteriologia che, per raggiungere lo scopo, devono essere usati in soluzioni

addizionate di acido fenico, che ne aumenta il potere di penetrazione. Una volta colorati i micobatteri sono difficilmente

decolorabili anche se trattati con solventi molto energici. Questa caratteristica viene definita “acido-resistenza” e dal

punto di vista tintoriale i micobatteri sono definiti bacilli acido-resistenti.

I terreni di coltura utilizzabili per la coltivazione dei micobatteri sono di tre tipi: terreni a base di tuorlo d’uovo e terreni

a composizione chimica definita solidificati con agar o con liquidi.

MICOBACTERIUM TUBERCOLOSIS

È l’agente eziologico della tubercolosi e possiede essenzialmente due classi di antigeni, rispettivamente di natura

polisaccaridica e di natura proteica, con ampie reazioni crociate con analoghi antigeni di altri micobatteri.

M. tubercolosis non produce (eso)tossine proteiche sensu stricto e non è, ovviamente, provvisto di endotossina LPS, che

è tipica dei batteri Gram-negativi. Molti componenti cellulari sono dotati di azione tossica che si estrinseca soprattutto

nei confronti dei macrofagi, impedendo la completa uccisione dei micobatteri fagocitati, sia attraverso l’inibizione della

fusione fagosoma-lisoma, sia attraverso l’inibizione dell’acidificazione del contenuto del fagolisoma.

L’infezione da M. tubercolosis si contrae di norma per via aerogena. Una volta depositati negli spazi alveolari dei

polmoni, si innesca un processo infiammatorio seguito da un intenso accumulo di cellule fagocitarie prevalentemente di

55

tipo macrofagico. I bacilli vengono fagocitati dai macrofagi alveolari e in gran parte uccisi, con il conseguente innesco

della risposta immune contro i diversi materiali antigeni riconosciuti dai linfociti TH. Alcuni batteri però riescono a

sopravvivere ed a moltiplicarsi all’interno dei macrofagi, uccidendoli e liberandosi nell’ambiente extracellulare e

danneggiando i tessuti circostanti. La comparsa di macrofagi attivati e di linfociti CD8 citotossici specifici di norma

riesce a contenere l’infezione. Il processo infiammatorio rimane quindi localizzato e vengono allora coinvolti alcuni

linfonodi mediastinici satelliti, con la formazione di quello che prende il nome di complesso primario.

La diagnosi di infezione tubercolare è possibile solo ed esclusivamente mediante la ricerca del batterio in un idoneo

campione di materiale patologico attraverso i tre metodi detti prima.

SPIROCHETE

Le Spirochete sono batteri di forma allungata, con il corpo avvolto a spirale. La cellula delle Spirochete è provvista di

una parete cellulare che nella composizione chimica e nella struttura submicroscopica è simile a quella dei batteri

Gram-negativi. Essa è tuttavia dotata di una notevole flessibilità, il che ci fa pensare che la parete cellulare non può

essere considerata come il contenitore rigido tipico delle pareti cellulari stesse.

Un’altra caratteristica peculiare è l’apparato locomotore che, anziché essere formato da flagelli, è formato da uno o più

fasci di fibrille dislocati all’interno della cellula.

Le Spirochete si moltiplicano per scissione semplice, per formazione di un setto lungo l’asse minore della cellula.

Le Spirochete si dividono in due gruppi principali: Spirochetaceae e delle Leptospiraceae.

TREPONEMA PALLIDUM

Treponema pallidum è l’agente eziologico della sifilide. Treponema pallidum presenta una spiccata capacità invasiva

dovuta al rapido ed efficiente attacco alla superficie delle cellule, alla capacità di passare attraverso le giunzioni

intercellulari ed alla capacità di evadere la risposta immunitaria o per una bassa antigenicità delle proteine di superficie

o per la loro scarsezza.

La diagnosi di sifilide può essere posta mediante ricerca microscopica dei treponemi nell’essudato delle lesioni primarie

o secondarie. La tecnica di maggiore uso nella diagnosi dell’infezione sifilitica è rappresentata dalla ricerca degli

anticorpi nei confronti degli antigeni treponemici.

BORRELIE

I batteri del genere Borrelia sono gli unici appartenenti all’ordine Spirochaetales di dimensioni tali da poter essere

osservati direttamente in microscopio a luce trasmessa. Le borrelie patogene per l’uomo provocano essenzialmente due

quadri patologici: la febbre ricorrente e la borreliosi di Lyme.

La febbre ricorrente consiste in una forma febbrile ad esordio improvviso preceduta da un periodo di incubazione

variabile da 2 a 15 giorni, dalla puntura della zecca. Gli episodi febbrili si ripetono continuamente fino ad arrivare al

massimo ad una decina. I batteri responsabili possiedono la capacità di variare, durante il corso dell’infezione, i caratteri

antigenici del proprio soma, riuscendo così a sfuggire alla risposta immune dell’ospite. Si viene così a creare un ciclo di

episodi febbrili ricorrenti che l’ospite può difficilmente interrompere a meno di un adeguato intervento terapeutico.

La borreliosi, o malattia di Lyme, presenta tre diversi stadi cronologicamente susseguenti, caratterizzati da:

coinvolgimento cutaneo, interessamento articolare e cardiaco e coinvolgimento nervoso, articolare e cutaneo. Il

coinvolgimento di molteplici organi ed apparati corrisponde alla presenza del patogeno negli stessi distretti anatomici.

LEPTOSPIRE

I principali componenti antigenici delle leptospire sono polisaccaridi componenti del lipopolisaccaride batterico.

La leptospirosi è una tipica zoonosi, ossia un’affezione propria di vari animali, occasionalmente trasmissibile all’uomo.

La leptospirosi umana può andare da forme molto gravi, con ittero e gravi danni a livello del fegato e dei reni o con

localizzazioni meningee, e può addirittura esaurirsi a livello subclinico. L’uomo in genere si infetta per contatto con

acque superficiali contaminate da escrementi (urine) di animali infetti.

Il meccanismo di azione patogena è oscuro. Le leptospire non producono tossine proteiche.

RICKETTSIE

Le Rickettsie sono un gruppo di batteri molto piccoli, Gram-negativi, parassiti intracellulari obbligati, estremamente

labili al di fuori delle cellule parassitarie, incapaci di crescere in terreni di coltura abiotici. Gli involucri esterni sono

quelli tipici dei batteri Gram-negativi, con una parete cellulare formata da peptidoglicano, una membrana citoplasmatica

con numerose proteine ed una membrana esterna che contiene il classico componente lipopolisaccaridico (endotossina o

LPS). Le Rickettsie sono inoltre rivestite da uno strato microcapsulare cristallino (strato S) formato da due proteine

multimeriche con caratteri antigeni specifici nelle diverse specie. 56

Le Rickettsie sono parassiti delle cellule endoteliali del sistema microcircolatorio e, in particolare, dei capillari. Le

Rickettsie possiedono meccanismi attivi di lesione delle membrane della cellula ospite. Introdotte in un fagosoma, sono

facilmente in grado di superare la membrana fagosomale, prima dell’eventuale formazione del fagolisoma, e diffondono

nel citoplasma e nel nucleo cellulare dove si moltiplicano attivamente.

Le caratteristiche fondamentali delle principali Rickettsie umane possono essere così schematizzate:

- Gruppo del dermotifo: comprende il tifo esantematico (o epidemico) ed il tifo murino (o endemico). Il tifo

esantematico si trasmette all’uomo sano per mezzo del pidocchio degli abiti. Il tifo murino si trasmette

all’uomo attraverso la pulce del ratto.

- Gruppo della febbre maculosa: comprende una serie di forme morbose clinicamente assai simili tra loro,

caratterizzate da febbre, cefalea, mialgie diffuse ed esantema di tipo maculo-papulare.

- Febbre fluviale del Giappone: la malattia si manifesta con una sintomatologia generica e non di grave entità

ed è raramente accompagnata da manifestazioni esantematose. Tende spontaneamente alla guarigione in una o

due settimane.

COXIELA BURNETII E LA FEBBRE “Q”

Coxiela burnetii è l’agente eziologico della febbre Q, caratterizzata da febbre ed un variabile corteo di sintomi. È un

bacilletti Gram-negativo con i caratteri generali delle Rickettsie, dalle quali si differenzia per la capacità di moltiplicarsi

all’interno del fagolisoma intracitoplasmatico, il cui pH acido sembra favorire le attività metaboliche del batterio.

DIAGNOSI DI INFEZIONE

Poiché le Rickettsie non crescono in terreni di coltura abiotici, l’isolamento dei batteri dai materiali patologici può

essere eseguito solo mediante inoculazione in animali da esperimento, in embrione di pollo o in colture di cellule

endoteliali in vitro.

MICOPLASMI

I micoplasmi sono batteri di dimensioni molto ridotte che possiedono un autonomo metabolismo e sono in grado di

crescere in terreni di coltura abiotici. Essi si differenziano da tutti gli altri procarioti per la totale assenza di parete

cellulare ed il possesso di una membrana cellulare contenente steroli. Per tali caratteristiche, assolutamente peculiari,

la cellula presenta una notevole plasticità, che si riflette in un notevole pleomorfismo.

Sono batteri aerobi o aerobi-anaerobi facoltativi che utilizzano a scopo energetico il catabolismo del glucosio,

dell’arginina o dell’urea.

I micoplasmi si moltiplicano alla superficie delle cellule degli epiteli mucosi senza penetrare, di norma, all’interno delle

cellule stesse.

L’unica specie dotata di potere patogeno è Mycoplasma pneumoniae.

MYCOPLASMA PNEUMONIAE

È l’agente eziologico di una forma di polmonite (atipica primaria). Esso ha la capacità di aderire alla superficie delle

cellule eucariotiche e produce una tossina citolitici (emolisina). L’azione patogena dipende soprattutto dal

danneggiamento degli epiteli della mucosa respiratoria ,alla cui superficie aderisce saldamente e dove si moltiplica

attivamente, e dall’innesco di un consistente processo flogistico che si estende alla sottomucosa ed è caratterizzato da

un’intensa infiltrazione, perivascolare e peribronchiale di cellule mononucleate.

La diagnosi si pone con la dimostrazione in campioni di liquidi di lavaggio bronchiale mediante isolamento colturale in

idonei terreni di coltura.

CHLAMYDIE

Le Chlamydie sono un gruppo di piccoli batteri Gram-negativi, di forma rotondeggiante o ovale, parassiti endocellulari

obbligati, che presentano un caratteristico ciclo vitale dimorfico. Gli involucri esterni delle Chlamydie sono quelli tipici

dei batteri Gram-negativi, con una seconda membrana che, nella porzione esterna, presenta la caratteristica componente

lipopolisaccaridica (LPS) ed alcune proteine principali. Abbastanza singolarmente, però, gli involucri esterni risultano

privi della componente peptidoglicanica della parete cellulare, di norma sostituita da uno strato di proteine che sembra

essere l’equivalente del peptidoglicano. Alla peculiare struttura degli involucri esterni sembra collegata la capacità di

questi batteri di impedire la fusione con i lisosomi.

Dotate di numerose potenzialità metaboliche e biosintetiche, le Chlamydie non sono tuttavia in grado di produrre ATP

di cui devono necessariamente approvvigionarsi a spese della cellula parassitata.

La forma infettante delle Chlamydie è rappresentata dal corpo elementare, molto piccolo, di forma rotondeggiante, di

aspetto denso e compatto, relativamente inerte dal punto di vista metabolico e in grado di sopravvivere in ambiente 57

extracellulare. Una volta introdotta in una cellula all’interno del fagosoma, il corpo elementare subisce una progressiva

idratazione, assumendo dimensioni molto più cospicue e si trasforma nel corpo reticolare che rappresenta una chiara

organizzazione cellulare procariotica, metabolicamente attivo e va incontro ad attiva moltiplicazione per scissione

binaria. La moltiplicazione è seguita, dopo poche ore, da un processo di condensazione e disidratazione dei corpi

reticolari che si trasformano in corpi elementari che, una volta liberati all’esterno, sono pronti ad infettare altre cellule.

Il vacuolo fagosomico contenente Chlamydie si presenta come una “inclusione” intracitoplasmatica. Le Chlamydie

comprendono 4 diverse specie: C. trachomatis, C. pneumoniae, C. psittaci e C. pecorum. Caratteristica esclusiva di C.

trachomatis è l’accumulo, all’interno della inclusione, di una notevole quantità di granuli di glicogeno, che rende

l’inclusione facilmente evidenziabile mediante colorazione con una soluzione iodio-iodurata come il liquido di Lugol.

Nonostante siano parassiti cellulari obbligati con un chiaro potenziale citolitico, le Chlamydie hanno un effetto

tossico/citolitico molto modesto in vivo. A livello delle mucose infette, infatti, le cellule con “inclusioni” sono

relativamente poco numerose. Nelle fasi tardive dell’infezione prevalgono invece le manifestazioni fibrotiche.

Evidentemente la reazione immune non è in grado, da sola, di sterilizzare rapidamente il focolaio infettivo.

I MICETI

STRUTTURA DELLA CELLULA FUNGINA

I miceti sono caratterizzati da una struttura cellulare eucariotica. Caratteristica della cellula fungina è quella di avere,

all’esterno della membrana citoplasmatica, una parete cellulare rigida, detta tunica. Attorno a questa, alcuni lieviti

possono formare una capsula mucoide di natura polisaccaridica, più o meno spessa. La parete presiede

fondamentalmente alla forma e alla rigidità della cellula fungina, per quanto intervenga in funzioni biologiche più

complesse, quali il controllo degli scambi metabolici fra citoplasma ed ambiente esterno.

La parete cellulare fungina è una struttura pluristratificata, composta da sette strati variamente costituiti da molecole di

mannano e glucano eventualmente coniugati con proteine, e da strutture fibrillari rappresentate da chitina e chitosano

che svolgono un ruolo rilevante nei processi di conidiogenesi.

Le dimensioni delle cellule fungine sono superiori rispetto a quelle dei batteri ma inferiori, di norma, a quelle delle

cellule umane. Il soma cellulare di qualsiasi micete, filamentoso o lievitiforme, microscopico o macroscopico, viene

chiamato tallo.

Per quanto riguarda la morfologia microscopica, nella grande maggioranza delle specie fungine (muffe) il tallo appare

costituito da filamenti tubolari, denominati ife, di diametro superiore a 1 μm, caratteristica che ne permette la facile

differenziazione dal soma cellulare filamentoso degli actinomiceti, organismi procariotici appartenenti ai batteri che non

superano mai questo diametro.

Proliferando in corrispondenza degli apici, le ife tendono ad allungarsi ed a ramificarsi. Possono avere cavità unica (ife

cenocitiche), o essere più spesso suddivise in cellule per mezzo di setti trasversali, che sono introflessioni della tunica

(ife settate). 58

Ad un insieme di ife si da il nome di micelio. In ogni colonia fungina matura di tipo miceliale si distingue una parte del

micelio immersa nel terreno con funzioni nutritive di assorbimento (micelio vegetativo). La parte restante, che si

sviluppa al di sopra del substrato a contatto con l’aria, prende invece il nome di micelio aereo, sia che resti aderente al

substrato (colonie gabre), sia che si erga in parte al di sopra di esso (colonie vellutate, cotonose o lanose).

Nella porzione di micelio aderente al substrato, l’intreccio delle ife può essere più o meno stipato sino a costituire

strutture molto compatte. Al micelio aereo è deputata principalmente la funzione riproduttiva.

I miceti con il tallo sono abitualmente indicati con il nome di muffe.

Un secondo vasto gruppo di miceti comprende i funghi con tallo unicellulare, costituito cioè da cellule isolate di varia

forma e dimensione, di solito rotondeggianti ed ovali. Le colonie di questi miceti hanno aspetto e consistenza cremosa o

pastosa. Poiché, fra i miceti di questo tipo, le specie fungine responsabili della lievitazione del pane sono state fra le

prime ad essere descritte, questi tipi di miceti hanno preso la denominazione di lieviti. Le cellule dei lieviti (o

blastocellule) sono state denominate blastospore o blastoconidi in relazione alla modalità di riproduzione, sessuata o

asessuata rispettivamente. Le blastocellule, in seguito ad imperfetti processi successivi di gemmazione, possono

rimanere fra di loro unite per formare strutture chiamate pseudoife, che ricordano le vere ife ma sono invece costituite

da catene di cellule allungate, che mantengono ciascuna la propria individualità. L’aspetto delle pseudoife può variare,

soprattutto in rapporto con il grado di allungamento delle cellule costitutive: quando questo è molto spiccato, lo

spessore di conseguenza molto sottile (e viceversa).

All’insieme di pseudoife di una colonia si dà il nome di pseudomicelio ed esso è sempre aderente o immerso.

Alcune specie, infine, sono caratterizzate da una reversibile espressione morfologica, lievitiforme e ifale

rispettivamente, in rapporto a variazioni di temperatura (funghi dimorfi), agenti eziologici di micosi sottocutanee e

profonde.

MODALITA’ DI RIPRODUZIONE E CLASSIFICAZIONE GENERALE DEI MICETI

La distinzione dei miceti filamentosi in generi e specie si basa, oltre che sulle caratteristiche macroscopiche delle

colonie, principalmente sulla morfologia dei talli e sulle diverse modalità di riproduzione. Nel regno dei funghi, questa

è caratterizzata, in generale, dall’alternanza di fasi di riproduzione sessuale ed asessuale.

RIPRODUZIONE SESSUALE

La maggior parte delle specie fungine si presenta in genere nella forma asessuale. Nel linguaggio micologico la fase del

fungo caratterizzata da riproduzione sessuale viene definita come perfetta o telcomorfica, mentre quella asessuale viene

indicata come imperfetta o anamorfica.

Nel regno dei funghi vengono indicati, con riferimento alla modalità di riproduzione sessuata, quattro Phyla:

Chytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota e Basidiomycota.

Esiste anche un quinto Phylum (deuteromycota o fungi imperfecti) che include le specie la cui riproduzione sessuale è

estremamente rara. I fungi imperfetti sono inoltre una cospicua rappresentanza delle specie patogene per l’uomo.

Alcune specie continuano ad essere denominate, per ragioni di utilità pratica, in relazione allo stato anamorfico.

RIPRODUZIONE ASESSUALE E ACCRESCIMENTO VEGETATIVO

I miceti sono caratterizzati in ambienti compatibili da una particolare intensità delle sintesi macromolecolari, per cui

l’aumento del loro protoplasma, in massa e peso, è generalmente molto rapido. Nelle muffe l’accrescimento estensivo

del tallo, o accrescimento vegetativo, può proseguire in maniera morfologicamente differenziata prima della formazione

dei propaguli riproduttivi. Nelle muffe l’allungamento delle ife è nettamente polarizzato e risulta circoscritto

all’estremità ifale (apice fertile). La sua capacità di allungamento è sostenuta dall’intensa neosintesi di protoplasma, che

ha sede in una zona dell’ifa detta zona di accrescimento.

Una seconda ed importante modalità di accrescimento vegetativo è rappresentata dalla ramificazione delle ife in

accrescimento: in prossimità dell’apice in progressione, enzimi litici in grado di agire sulla struttura fibrillare si

accumulano al di sotto di un’ area circoscritta della parete cellulare, penetrandola successivamente sino a d indebolirne

rigidità e resistenza. A questo livello la pressione protoplasmatica è in grado di provocare un abbozzo di estroflessione

della tunica, che viene a costituire un nuovo punto di cr4escita, funzionalmente analogo alla zona di estensione apicale.

Contemporaneamente enzimi di sintetasi ricostruiscono la parete cellulare delle ife consentendo così l’allungamento e la

ramificazione miceliale.

In condizioni abituali la replicazione fisiologica di una colonia filamentosa (muffa) avviene mediante propaguli

asessuali che differiscono da quelli sessuali per l’assetto cromosomico, che è perfettamente identico a quello della

cellula produttrice, in quanto derivante da replicazione mitotica e non da processi di cariogamia.

MECCANISMO DI AZIONE PATOGENA 59

I fattori responsabili dell’azione patogena dei miceti non sono ancora del tutto chiari. Enzimi extracellulari fungini,

costitutivi o inducibili, ad attività idrolitica, in particolare proteinasi e fosfolipasi, possono svolgere un ruolo

patogenetico importante, danneggiando le membrane cellulari dell’ospite.

Tra i fattori di virulenza un ruolo importante è svolto, soprattutto nei miceti filamentosi, dall’azione antifagocitaria delle

stesse dimensioni del tallo fungino dei leucociti neutrofili. In molti altri casi le dimensioni della spora, del conidio e del

tubulo germinativo iniziale non sono così grandi da impedirne la fagocitosi, ma l’energia meccanica del conidio in

germinazione risulta tale da spingere l’ifa in accrescimento al di fuori del fagocita, perforandone la membrana.

L’abituale accumulo di cellule fagocitarie attorno alle ife in accrescimento non riesce perciò a distruggerle o a

circoscriverne durevolmente la diffusione. Anche in questo caso tuttavia le ife mostrano spesso segni evidenti

dell’azione tessutale di difesa.

Altri importanti fattori di virulenza sono costituiti dalla capacità di alcuni miceti di interferire con cellule caratterizzate

da attività fagocitaria.

Alcuni miceti sono capaci di moltiplicarsi nel citoplasma dei fagociti, per cui è lecito ipotizzare che debbano essere

provvisti di meccanismi in grado di opporsi all’azione del sistema mieloperossidasico e degli enzimi lisosomiali.

Ancora più scarse sono le evidenze sull’eventuale patogenicità dei miceti mediata da tossine.

I FARMACI ANTIFUNGINI

Le principali classi di molecole provviste di un accettabile quoziente terapeutico comprendono al momento alcuni

antibiotici ed alcuni chemioterapici di sintesi.

GRISEOFULVINA

La griseofulvina è un com’osto della classe dei benzofurani che sembra possedere un’azione multipla: inibisce la sintesi

degli acidi nucleici, interferisce con la polimerizzazione dei microtubuli, interagisce con la parete cellulare con

conseguente inibizione della sintesi della chitina. Somministrata per via orale, si concentra selettivamente al livello dei

strati cheratinizzati dell’epidermide, legandosi alla cheratina neo formata, ed è quindi utilizzabile esclusivamente per la

terapia delle micosi superficiali o cutanee.

ANTIBIOTICI POLIENICI

Gli antibiotici polienici sono così denominati per la presenza di una serie numerosa di doppi legami nella molecola. I

principali antibiotici polienici antifungini comprendono la pimaricina, la nistatina e, soprattutto, l’amfotericina B.

Essi agiscono legandosi agli steroli della membrana cellulare causando la formazione di una serie di pori che provocano

una fuoriuscita incontrollata del contenuto citosolico, cui segue la morte cellulare per lisi osmotica. I derivati polienici

sono caratterizzati da una significativa tossicità anche per le cellule umane.

5 – FLUOROCITOSINA

La 5 – fluorocitosina viene introdotta nelle cellule fungine per la presenza di una citosina – permeasi e viene deaminata

nella cellula a 5 – fluorouracile che, trasformato in acido 5- fluorodeossiuridilico, agisce inibendo la sintesi degli acidi

nucleici ed inducendo alterazioni nella sintesi proteica.

COMPOSTI AZOLICI ED ALLILAMINE

I composti azolici bloccano la sintesi degli steroli della membrana fungina (ergosterolo). Le allilamine agiscono sulla

stessa via metabolica, ma ad uno stadio molto più precoce inibendo l’enzima squalene – epossidasi.

ECHINOCANDINE

Sono esapeptidi ciclici che inibiscono la β 1 – 3 glucano sintetasi con conseguente diminuzione dei glucani della tunica

ed instabilità osmotica.

I MICETI DI INTERESSE MEDICO

MICETI LIEVITIFORMI 60

Rientrano in questo gruppo i miceti patogeni con tallo blastocellulare. L’identificazione colturale dei lieviti si basa,

principalmente, sulla determinazione dei caratteri biochimici, con particolare riguardo ai diversi spettri di assimilazione

e di fermentazione degli zuccheri.

MALASSEZIA FURFUR

Malassezia furfur è l’agente eziologico della pitiriasi versicolor, micosi lieve e molto comune dello strato corneo

dell’epidermide. Nelle squame ottenute per grattamento il reperto del micete sotto forma di blastocellule rotondeggianti

a gemmazione unipolare e di corte ife settate è tipico ed ha valore diagnostico.

Il micete è strettamente lipofilo. Il suo isolamento, in ogni caso difficile, esige l’aggiunta di acidi grassi ai terreni di

coltura.

CANDIDA ALBICANS E CANDIDA SPP.

Alcune specie del genere candida sono abituali commensali della cute e delle mucose delle cavità naturali dell’uomo. In

quanto patogeni opportunisti i lieviti endogeni sono in grado di esplicare la propria virulenza provocando affezioni

morbose, purché coesistano le indispensabili condizioni predisponenti. Nella grande maggioranza dei casi le lesioni

interessano le mucose, più di rado la cute e le unghie. Qualche volta la localizzazione avviene in organi profondi con

quadri clinici gravissimi. La candidosi esofagea costituisce, dopo la pneumocistosi, la più frequente malattia da

infezione opportunistica in corso di AIDS. Le specie del genere candida formano generalmente colonie cremose di

colore bianco e, per tanto, l’identificazione di queste specie di basa principalmente sull’esito di prove biochimiche. I

lieviti del genere Candida, C. albicans in particolare, mantengono la loro capacità peculiare di produrre strutture

pluricellulari filamentose anche in fase parassitaria. La presenza di pseudo ife è presente nei materiali patologici, come

ad esempio l’escreato, e può essere utilizzato per distinguere presuntivamente uno stato di colonizzazione da uno stato

di infezione.

CRYPTOCOCCUS NEOFORMANS

È l’unica specie potenzialmente patogena per l’uomo e per molte specie animali selvatiche e domestiche appartenente al

genere. Il lievito, agente eziologico della “criptococcosi”, è un saprofita che si sviluppa, per ragioni metaboliche,

generalmente tra le feci degli uccelli, specialmente piccioni.

L’infezione viene contratta per via aerogena, molto più raramente per via digestiva e la localizzazione primaria è quasi

sempre polmonare, peraltro frequente in corso di AIDS.

C. neoformans viene distinto in quattro sieriotipi (A, B, C, D) sulla base della diversa catena di xiloso, componete

essenziale del maggiore antigene capsulare.

FUNGHI FILAMENTOSI (MUFFE)

Ai funghi filamentosi appartengono tutte le specie che, in qualsiasi condizione, parassitaria o colturale, presentano un

tallo filamentoso.

DERMATOFITI

Il termine dermatofiti è stato inizialmente attribuito ad un gruppo eterogeneo di muffe responsabili di particolari

affezioni della cute, dei capelli, dei peli e delle unghie denominate dermatofizie o tigne. Ai dermatofiti sono spesso

associate altre specie fungine solitamente sprovviste di potere patogeno, ma accomunate dalla capacità di metabolizzare

la cheratina, che è un componente essenziale di alcune strutture dell’epidermide. Nell’uomo i dermatofiti possono

causare lesioni eritemato – desquamative della cute glabra, fenomeni di macerazione e fissurazione interdigitale e di

ipercheratosi, soprattutto plantare, dei piedi.

ASPERGILLI

Sono saprofiti diffusi in ogni ambiente particolarmente in presenza di materiale vegetale organico in decomposizione

tanto da risultare tra i più comuni contaminanti delle colture microbiologiche. L’aspergillosi si esprime in tre sindromi

principali: aspergilloma polmonare, aspergillosi (polmonare o sistemica) di tipo invasivo, aspergillosi

broncopolmonare allergica.

MICETI DIMORFI 61


ACQUISTATO

10 volte

PAGINE

88

PESO

2.05 MB

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Esame: Microbiologia
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in farmacia (corso di laurea di 5 anni - a ciclo unico)
SSD:
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Fabrizio925 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microbiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Angiolella Letizia.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Microbiologia

Riassunto esame Microbiologia ( Batteriologia ), prof. Angiolella, libro consigliato La placa
Appunto
Riassunto esame Microbiologia ( micosi), prof. Angiolella, libro consigliato La placa
Appunto
Riassunto esame virologia ( microbiologia), prof. Angiolella, libro consigliato La Placa
Appunto
Riassunto esame Fisiologia, prof. Dante, libro consigliato Fisiologia Umana, Silverthon
Appunto