Enterobacteriaceae
morfologia e generalità
Enterobacteriaceae
La famiglia delle Enterobacteriaceae
comprende una grande varietà di
bastoncini Gram-negativi aerobi
e anaerobi facoltativi, asporigeni,
ossidasi negativi, dotati di
caratteristiche morfologiche e
colturali comuni.
(32 generi, 120 specie)
Enterobacteriaceae
Morfologia e generalità
Le dimensioni medie sono di 3 x
0,5 micron con lunghezza molto
variabile, da forme bastoncellari,
a volte molto corte, a forme
filamentose. Possono essere
mobili per flagelli peritrichi e
produrre capsula o
esopolisaccaridi.
Enterobacteriaceae
Habitat
Gli enterobatteri si ritrovano
comunemente nel tratto intestinale
dell'uomo e degli animali, ma sono
talora presenti, come semplici
colonizzatori, sulla cute,
nell'apparato genitale femminile e
nell'albero tracheo-bronchiale.
Data la preminente localizzazione
intestinale di questi
microorganismi, la presenza di E.
coli è assunta quale indice di
contaminazione fecale delle acque
Enterobacteriaceae
Crescita
Crescono con facilità nei terreni di coltura
complessi o selettivi (Agar desossicolato-citrato,
eosina-blu di metilene). Al fini identificativi
possono essere utili i terreni differenziali quali il
McConkey che permette di discriminare i ceppi
fermentanti il lattoso (es. E. coli) da quelli privi
di ß-galattosidasi.
Enterobacteriaceae
struttura antigenica
H flagelli
K (Vi) capsula
O
LPS
150  Ag somatici O 100  Ag capsulari K
+ di 50  Ag flagellari H
Enterobacteriaceae
Antigenicità e patogenicità
capsula
La patogenicità degli enterobatteri è strettamente legata
alla struttura antigenica della parete cellulare che
contiene tre categorie principali di antigeni.
La
sostanza K, di natura polisaccaridica, circonda il germe
e rappresenta nel genere Klebsiella la base per la
suddivisione in sierotipi. La sua localizzazione
periferica può mascherare gli antigeni sottostanti e
quindi falsare le prove di agglutinazione utilizzate per
la diagnosi sierologica. Compito principale di questa
struttura capsulare è quello di eludere la fagocitosi e la
successiva attivazione del complemento.
Enterobacteriaceae
Antigenicità e patogenicità
Enterotossina
L’antigene somatico 0, di natura polisaccaridica,
è identificabile con l'endotossina la cui parte
attiva, di natura lipidica (lipide A), affonda nel
corpo batterico ed è causa delle manifestazioni
generali comuni a tutti i Gram-negativi quali
febbre, leucopenia, attivazione della cascata del
complemento, coagulazione intravascolare
disseminata, shock.
Enterobacteriaceae
Antigenicità e patogenicità
Antigeni
Gli antigeni proteici H, flagellari, sono deputati
alla mobilità. Nelle specie uropatogene questo
carattere viene considerato importante per
l’invasività e la possibile risalita al parenchima
renale. Fimbrie o pili (P) che iniziano la
colonizzazione in distretti specifici e la
produzione di proteine che, trasportate
all'esterno della cellula, manifestano attività
cito- ed entero-tossiche.
Enterobacteriaceae
Antigenicità e patogenicità
Sequestro di fattori di crescita
La capacità di chelare il ferro attraverso la
sintesi di enzimi con altissima affinità per
questo cofattore favorisce la sopravvivenza e
lo sviluppo delle Enterobacteriaceae nelle
possibili fasi invasive. Questi microorganismi
liberano i siderofori (enterobactina e
aerobactina) che si contrappongono alla
transferrina e lattoferrina del siero). Il ferro
può essere liberato da cellule uccise con
enzimi litici.
Patogenicità
 La sostanza K: di natura polisaccaridica
compito di eluderela fagocitosi e la successiva
attivazione del complemento.
 L’antigene somatico O: di natura
polisaccaridica, è identificabile con
l'endotossina.
 Gli antigeni proteici H: flagellari, sono
deputati alla mobilità.
 Pili (P): iniziano la colonizzazione in
distretti specifici e la produzione di proteine
che, trasportate all'esterno della cellula,
manifestano attività cito- ed entero-tossiche.
Fattori di virulenza
Enterobacteriaceae
enterotossine
• LT : A-B
AMPc
• ST

trasporto
+++
• SLT: A-B
rRNA 28S
 ADP-ribosilante  +++
+++cGMP

alterazione
ionico  escrezione liquidi
 stacca un adenina4324 in
 sintesi proteica
Fattori di virulenza
Enterobacteriaceae
emolisine
Emolisine spesso associate a
m.i. con fimbrie P
 e  emolisine
Escherichia coli
Bacilli GAerobi/anaerobi facoltativi
Fattori di patogenicità:
Adesine  colonizzazione mucose
flagelli  motilità
siderofori  cattura nutrienti
capsula  blocco fagocitosi
LPS  endotossina
citossine  veleni responsabili della
sintomatologia
E.coli
Alcuni ceppi di E. coli, in
particolare quelli provvisti di
polisaccaride capsulare KI,
sono tra i maggiori
responsabili di meningiti
neonatali, presentando
analogie di struttura e
patogenesi con altri agenti
eziologici quali lo
Streptococco di gruppo B (S.
agalactiae), N. meningitidis e H.
influenzae
E.coli
E.coli può anche comportarsi da patogeno
opportunista, specie in ambito nosocomiale,
sostenendo infezioni delle vie respiratorie,
dell'apparato urogenitale sia nel maschio che
nella femmina ed inoltre peritoniti,
osteomieliti, artriti, sepsi, ecc.. Tali quadri
sono favoriti sia da una diminuita
sorveglianza da parte delle difese dell'ospite,
sia dalla circolazione di ceppi particolarmente
virulenti.
Escherichia coli
E’ il patogeno opportunista più
frequente, rappresentando circa il
25% dei ceppi che vengono
identificati e saggiati
nell'antibiogramma.
E’ l’agente eziologico dell'80-90%
delle infezioni delle vie urinarie in
ambito comunitario.
Enterobacteriaceae
Escherichia coli
Enterotossigeni (ETEC)
Enteropatogeni (EPEC)
Enteroinvasivi (EIEC)
Enteroemorragici (EHEC)
Enteroadesivi (EAEC)
Enterobacteriaceae
ETEC
La prima fase: colonizzazione epitelio
intestinale (plasmide trasferibile = adesine
tossine).
ETEC responsabili di sindromi diarroiche
dovute alla produzione di enterotossine
termolabili e termostabili. Aumentano i livelli
intracellulari di AMP-ciclico o di GMP-cilcico,
con richiamo di liquidi ed elettroliti nel lume
intestinale.
L’infezione è caratterizzata da diarrea
acquosa e crampiforme (diarrea del
viaggiatore)
Enterobacteriaceae
EPEC
È responsabile di diarrea con febbre e
leucocitosi nei neonati. La malattia è dovuta a
geni plasmidici che codificano per un
particolare fattore di adesività e geni
cromosomici che dominano la sintesi di una
intima capce di rafforzare l’adesione dei
patogeni alla superficie degli enterociti. Il
risultato è la scomparsa di microvilli ed il
riarrangiamento del citoscheletro (A/E
attachment/effacement), fenomeni che
conducono ad una diarrea che può anche
cronicizzare.
Enterobacteriaceae
EIEC
I ceppi EIEC provocano una sintomatologia simile a
quella presente nella dissenteria bacillare
sostenuta da Shigella. Il meccanismo patogenetico
è infatti analogo, con invasione degli enterociti e
moltiplicazione intracellulare di E. coli cui
conseguono lesioni necrotico-emorragiche della
mucosa. La sintomatologia comprende pertanto
diarrea mucosanguinolenta, febbre,
compromissione dello stato generale e presenza di
leucociti nelle feci.
Enterobacteriaceae
EHEC
Ceppi enteroemorragici (EHEC), sono
produttori di una tossina citotossica simile a
quella sintetizzata da Shigella che inibisce la
sintesi proteica. Dopo una iniziale fase di
adesione del germe alla mucosa, la tossina
determina una vera e propria colite emorragica
non accompagnata da febbre. L’eventuale
passaggio in circolo della tossina può
determinare la sindrome emolitico-uremica
provocando danni al letto vascolare del rene. Il
principale serbatoio è rappresentato da alimenti
provenienti da animali contaminati: carni
macinate mal cotte e latte crudo (0157:H7)
Enterobacteriaceae
EAEC
CI
microorganismi di tipo EAEC
attualmente si distinguono solo per la
capacità di aderire in vitro a cellule
diploidi ed in vivo agli enterociti,
provocando diarrea acquosa con
tendenza alla cronicizzazione.
Enterobacteriaceae
Acquisizione dei patogeni
Via ascendente: dall’esterno sino al rene
Via ematogena o discendente: da setticemie
Via linfatica
Enterobacteriaceae
Fattori che influenzano l’instaurarsi di una IVU
Malattia di base
Malattie metaboliche, ostruttive e iatrogene
Cateteri
Rapporti sessuali, che promuovono il reflusso vescicale
nella donna, malformazioni, urolitiasi, ipertrofia
prostatica.
L’ampia diffusione di questa patologia da E. coli è
sostenuta da pochi sierotipi, circa 10, sugli oltre 150
riconoscibili in base a tipizzazione degli antigeni 0, H e
K.
Enterobacteriaceae
Escherichia coli
Se dotati di fimbrie P i batteri possono
progredire e causare infezioni di notevole
gravità del parenchima renale
(pielonefriti). I sintomi, quando presenti
(è frequente anche una "batteriuria
asintomatica"), sono costituiti da:
pollachiuria (frequente), stranguria
(dolorosa)e, in caso di infezione delle alte
vie si aggiungono febbre e dolore in sede
lombare.
Enterobacteriaceae
Con l’eccezione della mucosa
uretrale le vie urinarie sono resistenti
alla colonizzazione
Il glucosamminoglicano che è
distribuito sugli epiteli inibisce
l’adesività
Enterobacteriaceae
Spiccate proprietà adesive alle cellule uroepiteliali e
vaginali
Presenza di fimbrie (codificate dal cromosoma)
Molte adesine sono resistenti al mannoso
Alcuni microorganismi aderiscono con strutture diverse
dalle fimbrie
I ceppi isolati da IVU sono più invasivi di quelli isolati
dalle feci
Enterobacteriaceae
I ceppi uropatogeni dispongono come
fattori di virulenza , oltre a quelli già
citati e comuni agli enterobatteri, di una
citotossina con attività anche emolitica
(-emolisina) e di siderofori
(aerobactina) che provvedono
all'indispensabile sequestro del ferro in
un ambiente che ne contiene poco.
MANIFESTAZIONI CLINICHE DI
KLEBSIELLAPNEUMONIAE
K.pneumoniae si distingue dagli
altri enterobatteri per essere
assolutamente immobile. In
compenso essa sintetizza una
cospicua capsula che conferisce
alle colonie un aspetto mucoso su
terreni di coltura solidi e
costituisce la base della
tipizzazione degli oltre 80
sierotipi (antigene K). Ospitata,
come i precedenti
microorganismi, nel tratto
intestinale essa è ugualmente
causa di infezioni delle vie
urinarie di natura per lo più
comunitarie.
K.pneumoniae
A livello ospedaliero K.pneumoniae esprime
tutta la sua potenziale patogenicità.
L’acronimo K.E.S. (Klebsiella, Enterobacter-,
Serratia) definisce infatti un gruppo di
patogeni accomunati dalla prevalente
diffusione nosocomiale e dalla difficoltà di
eradicazione. K.pneumoniae come altri germi
capsulati (emofili, pneumococchi) causa
polmoniti lobari, favorite da situazioni quali
alcolismo, broncopneumopatie croniche
ostruttive, deficit immunitari. A partenza dal
foci urinari o respiratori può evolvere verso
sepsi o meningiti.
MANIFESTAZIONI CLINICHE DI
KLEBSIELLAPNEUMONIAE
K.pneumoniae si distingue dagli altri enterobatteri per
essere assolutamente immobile. In compenso essa
sintetizza una cospicua capsula che conferisce alle
colonie un aspetto mucoso su terreni di coltura solidi e
costituisce la base della tipizzazione degli oltre 80
sierotipi (antigene K). Ospitata, come i precedenti
microorganismi, nel tratto intestinale essa è ugualmente
causa di infezioni delle vie urinarle di natura per lo più
comunitarie.
Proteus mirabilis
Questo bastoncino dallo
spiccato pleomorfismo si
distingue per la sua capacità di
sciamare sul terreni di coltura
ricoprendo tutti gli altri batteri
con una patina che lo rende
subito riconoscibile. Non
fermenta il lattoso ed è un forte
produttore di ureasi. P.mirabilis
colonizza normalmente il tratto
intestinale dell'uomo e, al pari di
E. coli, può determinare infezioni
delle vie urinarie, specie in
ambito comunitario.
MANIFESTAZIONI CLINICHE DI
PROTEUS MIRABILIS
Fattori di virulenza: i flagelli, i pili e l'attività
ureasica che determina alcalinizzazione delle
urine, la formazione di calcoli di fosfatoammonico-magnesiaco che, comportandosi come
corpi estranei, diminuiscono le difese locali e
proteggono dall'azione degli antibiotici. Altra
specie di frequente isolamento, ma più spesso in
ambito nosocomiale, è P. vulgaris, che si
diversifica da P.mirabilis per la capacità di
produrre indolo. Il germe dimostra inoltre più
spiccata chemioresistenza. E’ causa di infezioni
delle vie urinarie, setticemie, infezioni
addominali e sovrainfezioni di ferite ed ustioni.
Salmonella
S.typhi, S.paratyphi, S.choleraesuis, S.typhimurium,
S.enteritidis, ecc.
Agente eziologico dell’enterite, setticemia, febbre
enterica.
Ingestione> superamento dello stomaco e arrivo
nell’interstino
L’adesione (cellule M) del batterio (inv) ai microvilli
causa riarrangiamento dell’actina, ingresso con
meccanismo di endocitosi. Replicazione rapida nelle
cellule e uccisione, (placche di Peyer) quindi invasione
dei macrofagi.
Salmonella
La salmonella è ingerita con alimenti ecc. passa
indenne attraverso lo stomaco perché ha un sistema
genetico (ATR) di resistenza agli acidi. Raggiunge le
cellule M (microfold) dell’intestino ove stimola la
endocoitosi, le supera e viene a contatto con i
macrofagi.Sfugge alla fagocitosi e viene portata in
circolo attraverso il sistema linfatico e quindi nel
circolo ematico.
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Salmonella
Presente in quasi tutti gli animali,
Contagio oro-fecale, pollame, uova, prodotti caseari,
cibi poco cotti o manipolati da persone infette
La carica infettiva varia con il variare delle persone da
<1000 organismi a oltre 10 milioni
Dopo ingestione (13 giorni incub.) >>febbre, +-diarrea,
da intestino, linfat. noduli mesenterici, circ. sangue
isolabile da sangue, feci, urine
Vi sono portatori sani
Salmonella
caratteri di patogenicità
•Resistenza agli acidi (ATR)
•Mobilità
•Resistenza ai fattori intestinali antimicrobici dell’ospite
•Induzione di segnali sulle cellule epiteliali
Ruffling della membrana
endocitosi
secrezione IL8
•Sopravvivenza nei macrofagi (catalasi, superossidismutasi)
Entrata e formazione di spazio nei fagosomi
Ritardo ed attenuazione dell’acidificazione
Shigella
S.dysenteriae, S.sonnei, S.flexneri e S.boydii
Trasmissione orofecale, cotaminazioni, bimbi.
Bastano 200 cellule per dare infezione, cond.
Sanit. Cellule bersaglio: mucosa del colon.
Geni della virulenza localizzati su un grande
plasmide regolati da geni cromosomici.
Adesione cellule M, lisano i vacuoli, si
replicano nel citoplasma. Invadono altre
cellule adiacenti, sono eliminate dai
macrofagi. La fase intracellulare protegge.
Le shigelle non essendo in grado di accedere all’interno degli enterociti
della mucosa del colon, attraverso la membrana apicale di tali cellule,
guadagnano l’accesso alla sottomucosa attraverso le cellule M per
transcitosi. I pochi batteri che arrivano alla sottomucosa vengono
prontamente fagocitati dai macrofagi residenti nella sottomucosa.
41
Shigella
Produce una tossina, subunità A e cinque B.
Le sub. B si legano ad un glicolipide (Gb3)
favorendo l’ingresso di A. Questa taglia
rRNA 28S della sub rib. 60S. Legame t-RNA,
blocco sintesi proteica. Sintomi dopo 3 giorni,
diarrea sanguinolenta e pus, crampi
addominali, infezione autolimitante ma
trattamento antibiotico Rari i portatori sani.
Shigella
S.dysenteriae, S.sonnei, S.flexneri e S.boydii
Trasmissione orofecale, cotaminazioni, bimbi.
Bastano 200 cellule per dare infezione, cond. Sanit.
Cellule bersaglio: mucosa del colon.
Geni della virulenza localizzati su un grande plasmide
regolati da geni cromosomici.
Adesione cellule M, lisano i vacuoli, si replicano nel
citoplasma. Invadono altre cellule adiacenti, sono
eliminate dai macrofagi. La fase intracellulare protegge.
Shigella
Produce una tossina, subunità A e cinque B.
Le sub. B si legano ad un glicolipide (Gb3) favorendo
l’ingresso di A. Questa tagli rRNA 28S della sub rib.
60S.
Legame t-RNA, blocco sintesi proteica.
Sintomi dopo 3 giorni, diarrea sanguinolenta e pus,
crampi addominali, infezione autolimitante ma
trattamento antibiotico
Rari i portatori sani.
Enterobacteriaceae
Classificazione
Svariati sono gli schemi tassonomici utilizzati per
incasellare le numerose specie, generi e tipi di
enterobatteri. Si differenziano con test colturali e
biochimici nonchè metodi sierologici.
Bastoncini gram-negativi
Fermentano il glucoso
Riducono i nitrati
Test ossidasi negativo (p-feniletilendiamina)
DIAGNOSI MICROBIOLOGICA
Partendo da campioni clinici congrui alle
varie sedi di infezione l'identificazione delle
diverse specie di enterobatteri non presenta
particolari difficoltà. L’aspetto delle colonie,
su terreni indicatori o selettivi, risulta
caratteristico; l'idrolisi del lattosio, l'eventuale
sciamatura, l'aspetto mucoso delle colonie
possono consentire già dal primo isolamento
una diagnosi presuntiva. La successiva
identificazione attraverso gallerie
biochimiche miniaturizzate permette di
raggiungere agevolmente una speciazione.
Enterobacteriaceae
Diagnosi microbiologica
Isolamento da campioni di infezioni localizzate
Terreni selettivi o non, dipende dal campione
Arricchimento a freddo per Yersinia
Identificazione mediante prove biochimiche e
sierologiche
Terapia, spesso per infezioni nosocomiale richiesto
l’antibiogramma
DIAGNOSI MICROBIOLOGICA
Partendo da campioni clinici congrui alle varie sedi di
infezione l'identificazione delle diverse specie di
enterobatteri non presenta particolari difficoltà.
L’aspetto delle colonie, su terreni indicatori o selettivi,
risulta caratteristico; l'idrolisi del lattosio, l'eventuale
sciamatura, l'aspetto mucoso delle colonie possono
consentire già dal primo isolamento una diagnosi
presuntiva. La successiva identificazione attraverso
gallerie biochimiche miniaturizzate permette di
raggiungere agevolmente una speciazione.
DIAGNOSI MICROBIOLOGICA
La tipizzazione del ceppi di E. coli causa di diarrea
(,EPEC, ETEC, EIEC, EHEC, e EAEC già descritti) pone
problemi più complessi che sono di solito affrontati in
centri specializzati. Superati i metodi sierologici, sono
divenute attualmente disponibili sonde genetiche
estremamente specifiche ma costose che permettono di
abbreviare notevolmente i tempi delle indagini e che
sono preziose ai fini epidemiologici.
APPROCCIO TERAPEUTICO
In presenza di una patologia sostenuta da
Enterobacteriaceae s'impone, specie nelle infezioni
nosocomiali, una terapia guidata dall'antibiogramma.
L’incidenza di resistenze sconsiglia infatti un approccio
empirico poichè tra questi patogeni è frequente lo
scambio di informazioni plasmidiche che veicolano
numerosi geni capaci di conferire refrattarietà a più
antibiotici contemporaneamente.
APPROCCIO TERAPEUTICO
In Italia, i dati epidemiologici confermano una
diminuita attività di alcuni ß-lattamici dato il
larghissimo impiego clinico di cui ha goduto questa
classe di antimicrobici. L’analisi dell'ampicillinoresistenza (circa il 45%) e il suo superamento, anche se
non totale, da parte di associazioni con inibitori suicidi,
permette di confermare che il meccanismo alla base di
questo fenomeno è l'acquisizione di una ß-lattamasi
plasmidica.
APPROCCIO TERAPEUTICO
Il ricorso a molecole intrinsecamente stabili all'azione
delle ß-lattamasi quali le cefalosporine di terza
generazione, i carbapenemici, gli aminoglicosidi e i
fluorochinoloni appare giustificato in infezioni
sistemiche nosocomiali gravi quando l'urgenza clinica
non consenta di mirare la terapia.
In ambito comunitario le refrattarietà rimangono a
tutt'oggi di gran lunga meno incidenti di quelle
riscontrate in ambito nosocomiale.
APPROCCIO TERAPEUTICO
Appare ragionevole (infezioni delle vie urinarie non
complicate) impostare una terapia empirica che
consideri l'eziologia e l'epidemiologia locale, facendo
ricorso a chemioterapici poco impiegati per via
sistemica (cotrimossazolo, norfloxacina, fosfomìcinatrometamolo ecc.).
Raramente in E. coli e Proteus, più facilmente in K.
pneumoniae possono essere elaborate ß-lattamasi
insensibili agli inibitori suicidi ma superabili da parte di
monobattamici, cefalosporine di terza generazione e
carbapenemici.
APPROCCIO TERAPEUTICO
In K. pneumoniae ha iniziato a circolare anche nel nostro
Paese una resistenza mediata da ß-lattamasi a spettro
esteso capaci di idrolizzare anche le cefalosporine più
recenti. In pazienti debilitati i batteri della popolazione
microbica normale intestinale possono trasformarsi in
temibili patogeni. Particolare attenzione va pertanto
prestata al serbatoio delle infezioni ed alla prevenzione
della trasmissione delle stesse, vista la facilità con cui le
Enterobacteriaceae colonizzano le mani del personale
sanitario e sopravvivono nel liquidi (umidificatori,
soluzioni per terapia parenterale, ecc.)
APPROCCIO TERAPEUTICO
Sarà pertanto essenziale mantenere l'asepsi e l'igiene
delle mani durante le terapie parenterali.
Lo
strumentarlo delle cateterizzazioni dovrà essere
perfettamente sterilizzato. Per quanto riguarda la
diarrea del viaggiatore, ai soggetti che si recano in zone
a rischio sarà sufficiente consigliare le comuni misure
igieniche preventive, ed eventualmente l'utilizzo di
farmaci come il cotrimossazolo o i chinolonici.
Problematiche di resistenza agli antibiotici in
P.aeruginosa e nelle Enterobacteriaceae
Cefalosporinasi cromosomiche inducibili
TEM-1 resistenza alle penicilline antipseudomonas
PSE 1-4 -lattamasi plasmidiche
Adenil transferasi (resistenza all'amikacina)
Impermeabilità (resistenza a tutti gli aminoglicosidi)
Carbapenemasi
Mutazione nella porina OprD (imipenem-resistenza)
Resistenza alla ciprofloxacina (gyrA, parC)
Eflusso attivo (fluorochinoloni)
Murray et al., 1999; Westbrock et al., 1999; Jalal et al.,2000;Ciofu et al., 2001.
Klebsiella- Proteus- EnterobacterSerratia- Citrobacter
RESISTENZA
•ESBL
•Carbapenemasi
EPIDEMIE