Riassunto esame Microbiologia, prof. Angiolella, libro consigliato La placa

Riassunti di microbiologia

Introduzione alla microbiologia

I microrganismi ed il loro ambiente naturale. L'impatto dei microrganismi sull'uomo. Le scoperte in campo microbiologico. I postulati di Koch.

Classificazione generale dei microrganismi: Archea, Bacteria, Eucarya. Struttura della cellula e dei virus. Principali differenze tra microrganismi procarioti ed eucarioti. Differenze tra batteri ed Archea. Diversità microbica.

Flora microbica in condizioni di normalità e di malattia. Infezioni esogene ed endogene. Modalità di trasmissione delle infezioni esogene. Infezione e malattia.

Elementi di immunologia

Difese antimicrobiche aspecifiche. Difese inducibili contro le infezioni: la risposta immunitaria. Gli anticorpi. Gli antigeni. Immunità umorale. Immunità cellulo-mediata. Il complemento.

Basi cellulari della risposta immunitaria: recettori specifici delle cellule B e T. Espansione clonale dei linfociti. Ruolo delle cellule di memoria. Antigeni T dipendenti e T indipendenti.

Citochine: struttura e funzioni. La risposta immunitaria nelle infezioni da batteri, miceti, protozoi, virus, metazoi.

Terapia e profilassi immunitaria nelle infezioni: vaccini e sieri. Il legame antigene-anticorpo come base di reazioni sierologiche: reazione di precipitazione, agglutinazione, neutralizzazione, reazione di fissazione del complemento, immunofluorescenza, metodi radioimmunologici, reazioni immunoenzimatiche, Western blot.

Principi generali di diagnostica di laboratorio

Tecniche microscopiche. Tecniche e principi di isolamento. Tecniche biochimiche. Diagnostica molecolare. Diagnostica sierologica. Metodi di conta microbica.

Batteriologia

Struttura della cellula batterica

Dimensioni, forma, aggruppamento. Metodi di colorazione (colorazioni semplici, colorazioni differenziali). Colorazione di Gram. Architettura della cellula batterica. Il cromosoma batterico.

Citoplasma, organuli ed inclusioni citoplasmatiche. Peculiarità della membrana citoplasmatica nei batteri. I sistemi di trasporto della membrana.

La parete cellulare

Struttura e sintesi del peptidoglicano. Gli involucri esterni nei batteri Gram+. Gli involucri esterni nei batteri Gram-. Il lipopolisaccaride o LPS. La permeabilità dei batteri Gram-. Lo spazio periplasmatico nei batteri Gram-: ruolo nella farmacoresistenza. Gli involucri esterni nei micobatteri.

Strutture nella superficie cellulare dei batteri

Capsula. Strato cristallino. I flagelli ed il movimento della cellula batterica. La chemiotassi nei batteri. Fimbrie e pili. Gli antigeni dei batteri. Biofilm batterici: importanza in patologia umana.

Metabolismo batterico e crescita batterica

Richieste nutrizionali dei batteri. Classificazione in base alle caratteristiche metaboliche fondamentali. Respirazione aerobica. Respirazione anaerobica. Fermentazione. La sintesi macromolecolare.

Crescita di una popolazione batterica. Effetti ambientali sulla crescita microbica. Effetto della temperatura sulla crescita. Effetto del pH sulla crescita. Effetti osmotici sulla crescita. Ossigeno e crescita microbica. Classificazione dei microrganismi sulla base della richiesta di ossigeno.

Coltivazione dei batteri

Caratteri colturali. Terreni di coltura. Distinzione dei terreni. Colonia batterica. Valutazione delle colonie.

Riproduzione dei batteri

Produzione di spore: ultrastruttura, morfogenesi, cicli di sporificazione e germinazione. Ruolo delle spore nella patogenesi.

Genetica batterica

Caratteristiche generali del genoma batterico. Elementi genetici accessori: plasmidi. Elementi trasponibili: sequenze di inserzione, trasposoni, elementi invertibili. Le mutazioni. Trasferimento intercellulare del materiale genetico: trasformazione, trasduzione, coniugazione batterica.

Rapporti tra batteri ed ospite

Terminologia. Ingresso. Adesione. Moltiplicazione. Invasione. Eliminazione. Produzione di tossine. Esotossine. Meccanismo d'azione e bersagli delle esotossine. Superantigeni. Endotossine. Meccanismi di evasione delle difese dell'ospite.

Presidi antibatterici

Principali classi di farmaci antibatterici e loro meccanismo d'azione. Farmacoresistenza. Uso ed abuso degli antibiotici. Prove di efficacia dei farmaci antibatterici: Antibiogramma e MIC.

Disinfettanti antisettici e conservanti: classi di composti. Meccanismi di azione, fattori che influenzano l'attività. Deterioramento e conservazione dei prodotti farmaceutici. Sterilizzazione. Principali metodi di sterilizzazione: al calore (secco e vapore), gassosa, mediante radiazioni e filtrazione. Controllo della sterilizzazione e prove di sterilità.

Principali batteri patogeni per l'uomo

Classificazione dei batteri. Principali batteri patogeni per l'uomo: Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus, Neisseria, Corrynebacterium, Listeria, Bacillus, Clostridium; Enterobacteriaceae, Vibrio, Pseudomonas, Campylobacter, Helicobacter, Haemophilus, Bordetella, Legionella, Mycobacterium, Spirochete. Rickettsie, Micoplasmi, Clamidie. Patogeni opportunisti.

Elementi di micologia

Struttura della cellula fungina. Modalità di riproduzione. Meccanismi dell'azione patogena dei miceti. Principali miceti di interesse medico. Miceti lievitiformi: Candida, Cryptococcus neoformans, Malassezia furfur.

Miceti filamentosi: Dermatofiti, Aspergilli. Miceti dimorfi. Meccanismo d'azione dei principali farmaci antimicotici. Sviluppo di resistenze a farmaci antimicotici. Immunodepressione e micosi opportunistiche.

Virologia

Composizione chimica e struttura dei virus. Classificazione dei virus. La moltiplicazione dei virus. Fasi del ciclo replicativo virale. Strategie e meccanismi replicativi delle diverse classi di virus a RNA e a DNA. Ciclo replicativo dei retrovirus.

Patogenesi delle infezioni virali

Azione patogena dei virus. Infezioni citocide, latenti, persistenti. Ruolo dei virus nella oncogenesi. Le difese antivirali dell'organismo. Gli interferoni e loro meccanismo d'azione.

Principali virus patogeni per l'uomo

Herpesvirus, Poxvirus, Adenovirus, Papovavirus, Parvovirus, Paramyxovirus, Orthomixovirus, Picornavirus, Rhabdovirus, Togavirus, Coronavirus. Virus epatitici. Retrovirus umani. Prioni e viroidi.

Metodi di isolamento ed identificazione virale

Le colture cellulari. Principi di diagnosi delle malattie causate da virus. La titolazione dei virus. L'impiego della PCR nella valutazione dell'efficacia della terapia antivirale.

Sostanze antivirali

Principali farmaci antivirali e loro meccanismo d'azione. La resistenza ai farmaci antivirali.

Elementi di protozoologia

Caratteri morfologici. Modalità di riproduzione. Meccanismo dell'azione patogena. Principali protozoi di interesse medico. Flagellati a localizzazione intestinale e genito-urinaria: Giardia, Trichomonas vaginalis.

Emoflagellati: Tripanosomi, Leishmanie. Amebe. Plasmodi. Toxoplasma gondii, Pneumocystis carinii.

Elementi di parassitologia

Parassiti metazoi. Cenni sui principali Nematodi, Cestodi e Trematodi patogeni per l'uomo.

Esercitazioni

Metodi di colorazione ed osservazione dei batteri. Metodiche di coltivazione dei batteri (terreni liquidi, terreni solidi). Sviluppo dei batteri in terreni liquidi. Sviluppo dei batteri in terreni solidi. Isolamento ed identificazione dei batteri.

Identificazione in base all'attività biochimica. Tecniche di saggio di farmaci antibatterici (Antibiogramma e MIC). Crescita e titolazione dei virus in colture cellulari.

Introduzione alla microbiologia

La microbiologia è la scienza che si occupa dello studio dei microrganismi, in altre parole tutti gli esseri unicellulari. Alcuni microrganismi (protozoi, miceti microscopici) sono eucarioti, in altre parole con un’organizzazione cellulare identica a quella degli organismi macroscopici pluricellulari.

La maggior parte dei microrganismi (batteri) sono procarioti, vale a dire con un’organizzazione cellulare caratterizzata dalla mancanza di uno specifico compartimento nucleare e da dimensioni di gran lunga inferiori rispetto alla cellula eucaristica.

Gli esseri viventi possono essere distinti in tre classi fondamentali: Archea, Bacteria e Eucarya. I Bacteria (o Eubacteria) e gli Archea (o Archaebacteria), pur accomunati dalla struttura cellulare procariotica, non sono filogeneticamente correlati più di quanto non lo siano gli Eucarya, che comprendono tutti i microrganismi eucarioti (protesti) e tutti gli organismi macroscopici pluricellulari animali e vegetali.

Dei microrganismi patogeni si occupa la microbiologia medica. Tra i microrganismi patogeni per l’uomo, i più numerosi appartengono al gruppo dei batteri, protozoi e miceti.

Generalità sulle malattie da infezione

Le malattie sostenute da microrganismi (batteri, miceti, protozoi), virus o parassiti metazoi, prendono il nome di malattie da infezione, dove l’infezione può essere di due tipi: endogena o esogena.

Infezione endogena

Le malattie da infezione endogena trovano la loro causa:

• Nell’abnorme espansione numerica di una o più specie presenti nella popolazione microbica normale di un distretto dell’organismo, per la rottura dell’equilibrio dell’ecosistema microbico.
• Nel trasferimento di microrganismi, presenti nella popolazione microbica normale di un distretto dell’organismo, in altre sedi o distretti dell’organismo, diversi da quelli normalmente colonizzati.

Infezione esogena

Le malattie da infezione esogena ritrovano il loro momento iniziale nell’arrivo nell’organismo di un microrganismo o virus patogeno proveniente da una sorgente esterna, che può essere rappresentata da materiali inanimati, animali infetti (zoonosi), o altri esseri umani infetti (malattie infettive).

Le diverse modalità attraverso le quali microrganismi patogeni raggiungono l’organismo umano sono cinque:

• Per ingestione di alimenti o bevande contaminate
• Per via aerea
• Per contagio sessuale
• Per inoculazione diretta (morso di un animale infetto)
• Per penetrazione traumatica

La meta dei microrganismi patogeni che arrivano dall’esterno è direttamente il sangue, i tessuti profondi dell’organismo o, più frequentemente, la cute o le mucose.

La cute con un’epidermide perfettamente integra rappresenta un ambiente difficilmente colonizzabile dalla maggior parte dei microrganismi patogeni, a causa dell’azione antibatterica dell’acido lattico presente nelle secrezioni di alcune ghiandole sudoripare e di alcuni acidi grassi presenti nelle secrezioni sebacee, o da virus, per la presenza di uno speciale meccanismo che ne assicura il continuo allontanamento meccanico: la continua desquamazione delle cellule più superficiali dello strato corneo.

Le mucose, invece, anche se perfettamente integre, sono facilmente colonizzate da quegli agenti di infezione che possiedono strutture di ancoraggio ai recettori presenti sulla superficie delle cellule dell’epitelio mucoso e che riescono a superare la “concorrenza” della popolazione microbica residente. Alcuni di questi agenti si limitano soltanto a moltiplicarsi a livello dell’epitelio mucoso che danneggiano con diversi meccanismi, altri invece si aprono un varco nell’epitelio verso i tessuti più profondi da cui, per via ematica o linfatica, si diffondono nell’organismo provocando infezioni disseminate o localizzandosi in particolari organi bersaglio.

Anche quando l’infezione comporti la diffusione dell’agente infettante nei tessuti sottomucosi o il suo ingresso nel circolo ematico o linfatico, essa non è necessariamente seguita dalla comparsa della malattia, poiché è necessario che l’agente infettante abbia il sopravvento sulle difese costitutive antinfettive di cui è naturalmente provvisto un organismo e, eventualmente, sulle difese inducibili messe in opera attraverso la risposta del sistema immunitario. L’infezione si traduce costantemente in malattia dopo periodi di tempo variabili (periodo di incubazione), in funzione della consistenza numerica e della patogenicità dell’agente infettante.

Anche nel caso di un’infezione acuta che si esaurisca rapidamente ed a livello subclinico, l’organismo conserverà comunque una traccia permanente dell’avvenuta infezione nella “memoria” del sistema immunitario.

Le malattie infettive

Alcune infezioni esogene (sia che provochino malattia, sia che si concludano a livello subclinico) si esauriscono nell’individuo infetto e non si trasmettono da individuo infetto ad individuo sano. Quando invece è possibile tale trasmissione si parla di malattie contagiose o infettive.

La trasmissibilità (contagiosità) interumana è definita orizzontale quando l’infezione si trasmette tra individui diversi e tra di loro indipendenti (presenza nella stessa comunità, rapporti interpersonali). Si parla invece di trasmissione verticale quando un’infezione si trasmette dalla madre al feto per via diaplacentare (infezioni congenite) o al neonato, durante il passaggio attraverso il canale del parto infetto (infezione perinatale) o attraverso l’allattamento (infezione postatale).

Le difese costitutive contro le infezioni

Una volta superate le barriere meccaniche (cute e mucose) che rivestono la superficie dell’organismo, un agente infettante deve fare i conti con una serie di difese costitutive dell’organismo, costantemente presenti ed attive, che rappresentano una prima e più ancestrale linea difensiva antinfettiva e che sono rappresentate da una serie di fattori solubili, tutti dotati della capacità di riconoscere i bersagli caratteristici dei vari agenti di infezione e che non hanno riscontro nelle cellule dell’organismo ospite, e dall’azione di fagociti professionali, cui si devono aggiungere l’attivazione del processo infiammatorio, essenziale per circoscrivere e contenere l’infezione nel sito iniziale, e la febbre, che è anch’essa uno strumento difensivo contro quelle infezioni da virus che non riescono a replicarsi efficacemente al di sopra dei 37°C.

Fattori solubili

I principali fattori solubili (oltre ai componenti del sistema di complemento, di cui parliamo dopo) sono:

• Una serie di proteine con caratteristiche di lectine, in grado di combinarsi a specifici residui glucidici di glicoproteine presenti, ad esempio, sulla superficie di virus, funzionando da inibitori non anticorpali della combinazione del virus con lo specifico sito recettoriale cellulare.
• I diversi tipi di interferon che vengono immediatamente prodotti da vari tipi di cellule in risposta all’infezione virale e che agiscono soprattutto ostacolando l’attività degli m-RNA virali.
• Alcune proteine dette “della fase acuta”, prodotte nel fegato a seguito dell’innesco del processo infiammatorio.
• Il lisozima, un enzima prodotto dai granulociti polimorfonucleati e dai macrofagi, in grado di attaccare e depolimerizzare la componente peptidoglicanica della parete cellulare dei batteri Gram-positivi.
• Le defensine, costituite da una serie di peptidi basici prodotti da alcune popolazioni di leucociti e dai granulociti neutrofili, in grado di inserirsi nella membrana esterna dei batteri Gram-negativi provocando la formazione di canali o pori con la conseguente uccisione del batterio.
• Le LBP (lipopolysaccharide-binding protein) in grado di combinarsi specificamente alle molecole del lipopolisaccaride, o endotossina, presenti sulla superficie dei batteri Gram-negativi, e di veicolarle a specifici recettori presenti sui macrofagi.
• Una serie di proteine globalmente denominate collectine, prodotte dal fegato.

I fagociti professionali

I fagociti professionali sono rappresentati essenzialmente dai granulociti polimorfonucleati (neutrofili) e dai macrofagi. I polimorfonucleati sono la linea di difesa principale nei confronti dei batteri extracellulari, mentre i macrofagi sono particolarmente attivi nei confronti dei microrganismi capaci di moltiplicazione intracellulare.

I granulociti polimorfonucleati sono il tipo dominante di leucociti nel sangue circolante. Sono sprovvisti di mitocondri ed usano a scopo energetico la glicolisi anaerobia delle notevoli riserve intracitoplasmatiche di glicogeno, il che li rende capaci di metabolizzare attivamente. Sono cellule giunte ad uno stadio terminale di differenziazione.

I macrofagi sono largamente diffusi in vari organi e tessuti dove formano il “sistema dei fagociti mononucleari”. Sono presenti in tutti i tessuti connettivi e sono associati alle membrane basali dei piccoli vasi sanguigni. Sono particolarmente concentrati nel polmone (macrofagi alveolari), nel fegato (cellule di Kupffer), nei seni midollari dei linfonodi e nei sinusoidi splenici. Si tratta di cellule con una lunga vita media, provviste di mitocondri e di uno sviluppato reticolo endoplasmatico, correlato alla notevole quantità di sostanze che sono in grado di secernere.

La fagocitosi ed il killing intracellulare degli agenti di infezione

L’ingestione (fagocitosi) dei microrganismi coinvolge un’iniziale adesione delle cellule microbiche alla superficie del fagocita, attraverso un meccanismo di riconoscimento in cui molecole di carboidrati presenti sulla superficie del microrganismo aderiscono alla membrana del fagocita, attivando il sistema contrattile actina-miosina, il che induce la cellula ad estroflettere due porzioni di citoplasma intorno alla particella estranea che viene inglobata ed inclusa in un fagosoma.

Subito dopo il fagosoma si fonde con una serie di granuli citoplasmatici che scaricano all’interno del vacuolo una serie di sostanze ad azione micobicida che agiscono danneggiando direttamente strutture della cellula parassitaria e che rappresentano i meccanismi di killing ossigeno-indipendenti.

Contemporaneamente, il processo di fagocitosi scatena un notevole incremento nel consumo di ossigeno, attraverso un drammatico aumento dello shunt degli esoso-monofosfati. Questo, a sua volta, genera un’enorme quantità di nicotinamide-adenina-dinucleotide-fosfato ridotta (NADPH) e, attraverso l’intervento di una peculiare ossidasi specifica per NADPH, trasforma l’ossigeno molecolare in una serie di derivati con una potenza micobicida.