Cattedra di Microbiologia
ENTEROBACTERIACEAE,
VIBRIO, CAMPYLOBACTER,
HELICOBACTER
Enterobacteriaceae
• Gruppo eterogeneo di
•Bacilli Gram-negativi
•Aerobi e Anaerobi facoltativi
•Non sporigeni
•Mobili (flagelli peritrichi) o immobili
•Fermentano il glucosio
•Riducono i nitrati a nitriti
•Catalasi positivi
•Ossidasi negativi
• 32 generi principali e più di 130 specie:
• 20 specie responsabili di più del 95% delle infezioni
• Generi classificati sulla base di:
• caratteristiche biochimiche
• struttura antigenica
• sulla base di tecniche di ibridazione e di sequenziamento
Enterobacteriaceae
– Escherichia: E. coli
– Klebsiella: K. pneumoniae, K. oxytoca
– Proteus: P. mirabilis, P. vulgaris
– Salmonella: S. typhi, S. paratyphi, S. enteritidis
– Shigella: S. sonnei, S. flexneri, S. dysenteriae
– Yersinia:Y. pestis, Y. enterocolitica,Y. pseudotuberculosis
– Morganella: M. morganii
– Enterobacter: E. aerogenes, E. cloacae
– Citrobacter: C. freundii, C. koseri
– Serratia: S. marcescens, S. liquefaciens
– Hafnia: H. alvei
– Providencia: P. stuartii, P. rettgeri
– Edwardsiella: E. tarda
– Erwinia
Habitat
• Ampiamente distribuiti in natura
– nel suolo
– nelle acque
– nell’intestino dell’uomo e di numerosi animali
• Alcune specie decisamente patogene
• Altre specie patogene opportuniste
Sierotipi
• Laboratorio di riferimento
– antigeni
• O (lipopolisaccaride)
• H (flagellari)
• K (capsulari)
• F (fimbriali)
Es. E. coli O111: K58: H2
Fattori di virulenza comuni associati
alle Enterobacteriaceae
•
•
•
•
•
•
•
Endotossina
Capsula
Produzione di esotossine
Variazione di fase antigenica
Sequestro di fattori di crescita
Resistenza all’uccisione mediata dal siero
Resistenza antimicrobica
Endotossina
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Attivazione del complemento
Rilascio di citochine
Leucocitosi
Trombocitopenia
Coagulazione intravascolare disseminata
Febbre
Diminuita circolazione periferica
Shock
Morte
Capsula
• Protezione dalla fagocitosi
• Antigeni capsulari interferiscono con il legame
degli anticorpi al batterio
Tuttavia,
specifici
anticorpi
diminuiscono il ruolo protettivo
anticapsulari
Variazione di fase antigenica
• L’espressione degli antigeni capsulare K e
flagellare H è sotto il controllo genico del
microrganismo
• Questi antigeni possono essere espressi o non
espressi - VARIAZIONE DI FASE
• Variazione di fase protegge il microrganismo
dalla morte cellulare anticorpo-mediata
Sistemi di secrezione di tipo III
• Sistema effettore che rilascia geni di
virulenza in cellule bersaglio
• Costituito da circa 20 proteine
• Senza di esso diminuisce la virulenza
Enterobacteriaceae
Coltivazione:
• Crescono con facilità su terreni comuni
• Terreni selettivi sono spesso utilizzati per
l’isolamento da materiali polimicrobici
•Agar MacConkey (cristalvioletto-lattosio)
•Agar EMB (eosina-blu di metilene)
•Agar DCA (deossicolato-citrato)
• Il terreno di MacConkey permette la distinzione:
•Lattosio fermentanti
•Lattosio non fermentanti
(Salmonella, Shigella e Proteus)
Enterobacteriaceae
• Nell’uomo
possono causare infezioni:
•Localizzate
•Sistemiche
•Opportunistiche
Enterobacteriaceae
Rappresentano :
• oltre l’80% dei bacilli Gram-negativi
• 50% di tutti i batteri isolati da campioni clinici
• 30-35% di tutte le setticemie
• oltre 70% delle infezioni delle vie urinarie
Enterobacteriaceae
• infezioni acquisite in comunità
• in soggetti “sani”
–Infezioni delle vie urinarie
–Contaminazione fecale
*E. coli
*Proteus
– ureasi (degrada l’urea)
– urine alcaline
– Klebsiella pneumoniae
* infezioni respiratorie
* capsulati
Enterobacteriaceae
• infezioni gastrointestinali
– Escherichia coli
– Salmonella spp
– Shigella spp
– Yersinia enterocolitica
Sindrome di Reiter
• Antigene di Istocompatibilità (HLA-B27)
– Enterobacteriaceae
*Salmonella
*Shigella
*Yersinia
– Non Enterobacteriaceae
*Campylobacter
*Chlamydia
Infezioni Opportunistiche
-Enterobacteriaceae
–
–
–
–
setticemia
polmonite
meningite
infezioni delle vie urinarie
Citrobacter
Enterobacter
Escherichia
Hafnia
Morganella
Providencia
Serratia
Feces
• E. coli
– lactose positive
– not usually identified
– lactose positive sp. common, healthy
intestine
• Shigella, Salmonella, Yersinia
– lactose negative
– identified
Enterobacteriaceae
• other sites
– identified biochemically
Therapy
• severe diarrhea
– fluid replacement essential
• antibiotic therapy sometimes used in local
infection but always in systemic disease
Enterobacteriaceae
• SENSIBILITA’ AGLI ANTIBIOTICI
Sensibilità agli antibiotici è estremamente variabile.
In generale gli antibiotici più attivi sono:
Nuove beta-lattamine
(ureidopenicilline, cefalosporine di 3a
generazione,monobattamici e carbapenemici)
Aminoglicosidi
Fluorchinoloni
Escherichia coli
Escherichia coli
• Epidemiologia
• Malattie
• Diagnosi
• Terapia, profilassi e controllo
– geneticamente indistinguibili
– molte similitudini nelle malattie
Escherichia coli
• Epidemiologia
• Normali commensali del tratto gastrointestinale
• Maggior parte delle infezioni sono endogene
• Ceppi che causano la gastroenterite acquisiti per
via esogena
Escherichia coli
• Malattie
• Infezioni delle vie urinarie
(cistite, pielonefrite, prostatite)
• Batteremie
(bacillo Gram-neg più comunemente isolato)
• Gastroenterite
(6 diversi gruppi patogeni)
• Infezioni intra-addominali
(peritoniti - associate a perforazioni intestinali;
infezioni delle vie biliari)
• Meningite neonatale (ceppi K1)
Fimbrie in Escherichia coli
Escherichia coli
Klebsiella pneumoniae
Aspetto mucoso di colonie di
Klebsiella pneumoniae
Capsula di
Klebsiella
pneumoniae
Klebsiella pneumoniae
Batterio peritrico (Proteus mirabilis)
Movimento di
batteri
flagellati
Proteus mirabilis
Enteropathogenic E. coli (EPEC)
destruction of microvilli surface (histopathology A/E)
Mostly serotypes O55, O111
Enteritis in paediatric age
• fever
• diarrhea
• vomiting
• nausea
• non-bloody stools
Enterotoxigenic E. coli (ETEC)
• diarrhea like cholera
• milder
• travellers diarrhea
Enterotoxigenic E. coli
• Heat labile toxin (LT-1, LT-II)
– like choleragen
– Adenyl cyclase activated
– cyclic AMP
– secretion water/ions
• Heat stable toxin (STa, STb)
– Guanylate cyclase activated
– cyclic GMP
– uptake water/ions
LT-1 di ETEC (1 subunità A)
GM1
Inactivation of Gsa
→ GTP-Gsa
CFTR
Enteroinvasive E. coli (EIEC)
• Dysentery
-resembles shigellosis
-pInv genes, plasmidic, colon invasion
-Dissemination: Actin filaments
formation (Listeria-like)
Enterohemorrhagic E. coli (EHEC)
• 50 serotypes (usually O157:H7)
Transmission electron
micrograph
Meat
• Hemorrhagic
– Non bloody → bloody, copious diarrhea
– few leukocytes
– afebrile
• hemolytic-uremic syndrome (HUS)
– hemolytic anemia
– thrombocytopenia (low platelets)
– kidney failure
Enterohemorrhagic E. coli
• Vero toxin (Stx-1, Stx-2) → Histopathology A/E
– “shiga-like” (Shigella dysenteriae)
– 1 subunit A, 5 subunit B → glycolipid Gb3
• Hemolysins
Treatment -gastrointestinal
disease
• fluid replacement
• antibiotics
– not used usually unless systemic
–e.g. hemolytic-uremia syndrome
Shigella
• Batteri fermentanti, immobili, anaerobi facoltativi
• In base alla loro struttura antigenica vengono divise in 4 specie
o sottogruppi:
• S. dysenteriae
(12 sierotipi) (gruppo sierologico A)
• S. flexneri
(14 sierotipi) (gruppo sierologico B)
• S. boydii
(18 sierotipi) (gruppo sierologico C)
• S. sonnei
(1 sierotipo)
– Trasmissione oro-fecale per contaggio diretto o indiretto
– Fonte di contaggio: malati, convalescenti e portatori sani
(rari)
– Provocano processi morbosi di varia gravità
• Forme dissenteriche acute
(diarrea mucosa e sanguinolenta, dolori addominali)
• Gastoenteriti meno gravi
Infezioni da Shigella
• Danno epiteliale della mucosa del colon
nell’arco di 2-3 giorni
Shigella sonnei
responsabile della maggior parte delle
infezioni nei paesi industrializzati
Virulenza
• Endotossina
• Geni per adesività, invasione e replicazione
intracellulare (IpaA-B-C-D)
• Esotossina (tossina Shiga in S. dysenteriae)
– Citotossina - danno endoteliale
– Blocca sintesi proteica (lisi 28S rRNA)
Infezioni da Shigella
• L’uomo è l’unico serbatoio
• Microrganismi altamente infettanti
(basse cariche in grado di produrre malattia)
• Bambini: pazienti ad alto rischio
– Trasmissione oro-fecale
– Trasmissione bambino-adulto
• transmitted by adult food handlers
– unwashed hands
Terapia di infezioni da Shigella
• Recupero di fluidi ed elettroliti
• Terapia antibiotica accelera il
decorso della malattia sintomatica e
la solidificazione delle feci
– Fluorochinoloni,
Trimethoprim/Sulfametossazolo
Salmonella
Salmonella
•
•
•
•
Bacilli Gram-negativi
Generalmente mobili
Lattosio-negativi (non fermentanti)
2463 "tipi” antigenici in base
– Antigene “O”
– Antigene “H”
– Antigene “K” (es. S. typhi)
Salmonella
• genetically single species (classification 1997)
– S. enterica (6 subspecies)
– S. bongori
• disease category (Edwin 1966)
– S. enteritidis
– many serotypes
– S. cholerae-suis
– S. typhi
Salmonellosi
• S. enteritidis
– Specie di salmonella più frequentemente
associata ad infezione nell’uomo
– pollame, uova
– Non esiste serbatoio nell’uomo
– Gastroenterite
•
•
•
•
nausea
vomito
diarrea non sanguinolenta
auto-limitante (2 - 7 giorni)
Salmonellosi
I casi non-complicati (la maggior parte)
Non necessitano terapia antibiotica
S. cholerae-suis
• Patogeno meno comune
• setticemia
• Terapia antibiotica essenziale
Febbre tifoidea
•
•
•
•
Salmonella typhi
“salmonelle maggiori”
Infezione sistemica
Malattia contagiosa caratterizata da:
–
–
–
–
–
Febbre
Cefalea
Disturbi del sensorio
Splenomegalia
Leucopenia
• Malattia epidemica
– Prevalentemente nei Paesi del terzo mondo
Salmonella typhi
• Serbatoio umano
– frequente lo stato di portatore (1-5%)
– cistifellea
• Cibi contaminati
• Contaminazione delle acque
• Scarse condizioni sanitarie
S. typhi
• Vi antigene capsulare
– protettivo
Febbre Tifoide
Fase settica
- dopo 10-14 giorni
- dura circa 7 giorni
Fegato, milza,
midollo osseo
Colecisti
–Elimina il germe
per settimane
Fase acuta – gastroenterite
Passaggio attraverso le cellule che
rivestono l’intestino e fagocitosi da
parte dei macrofagi
gastroenterite
Febbre Tifoide -Terapia
• Antibiotici
– il loro utilizzo è fondamentale
• Vaccini
– Spesso inefficaci
Yersiniosi (Zoonosi)
• Yersinia enterocolitica
– Gastroenteriti
– Adeniti mesenteriche
(con sintomi di appendicite acuta)
– Setticemie in pazienti defedati
Yersiniosi
• transmissione
– Contaminazione fecale di alimenti
• Acqua
• Latte
– Contatto con animali (maiali, pecore,
bovini, cavalli, conigli, cani e gatti)
Yersinia
Diarrea
Febbre
Dolori addominali
Batteremia (raramente)
Terapia antibiotica consigliata
Y. pseudotuberculosis
• simile
• patologia meno grave
• serbatoi naturali: roditori e uccelli
Vibrio cholerae
Vibrios
•
•
•
•
•
•
Bacilli ricurvi Gram-negativi
Aerobi obbligati o facoltativi
Mobili - unico flagello polare
Fermentanti
Ossidasi-positivi
Richieste nutrizionali semplici
Specie patogene di Vibrio
SPECIE
FONTE DI INFEZIONE
MALATTIA CLINICA
V. cholerae
Acqua, alimenti
Gastroenterite
V. parahaemolyticus
Crostacei, acqua di mare
Batteremia, infezioni di
ferite, cellulite
V. vulnificus
Crostacei, acqua di mare
Gastroenterite, infezioni di
ferite, batteremia
V. alginolyticus
Acqua di mare
Infezioni di ferite, otite
esterna
V. hollisae
Crostacei
Gastroenterite, infezioni di
ferite, batteremia
V. fluvialis
Pesci
Gastroenterite, infezioni di
ferite, batteremia
V. damsela
Acqua di mare
Infezioni di ferite
V. metschnikovii
Sconosciuta
Batteriemia
V. mimicus
Acqua dolce
Gastroenterite, infezioni di
ferite, batteremia
Habitat
• Presenti in ambienti acquatici (acque marine
e di estuari)
• Superficie e nel contenuto intestinale di
animali marini
• Acqua marina ha reso alofile molte specie
Struttura antigenica
• I vibrioni possiedono antigeni somatici O e antigeni flagellari H
• Al sierotipo O1 appartengono i Vibrioni colerici
• Sottotipi dell’antigene O
– Ogawa: A, B
– Inaba: A, C
– Hikojima: A, B, C.
• Ulteriore suddivisione del sierotipo O1 in 2 biotipi
– Classico
– Eltor
sulla base di caratteristiche “bio-fisiologiche” (emolisi degli eritrociti di
montone, emoagglutinazione per eritrociti di pollo, Reazione di VogesProskauer, sensibilità alla polimixina B e al batteriofago IV)
• Vibrioni appartenenti agli altri sierotipi sono definiti “non
colerici”
Coltivazione
• Crescono nei comuni terreni
• Terreni selettivi a pH alcalino (pH 8,6)
– TCBS (tiosolfato, citrato, bile, saccarosio)
Fattori di virulenza di
Vibrio cholerae O1 e O139
• Tossina colerica
ipersecrezione di elettroliti ed acqua
• Pilo coregolato
adesione alle cellule mucose
• Fattore di colonizzazione accessorio
adesine
• Proteasi dell’emoagglutinazione (mucinasi) induce
infiammazione intestinale e la degradazione delle giunzioni
strette
• Siderofori
cattura il ferro
• Neuraminidasi
incremento dei recettori per la tossina
Infezione colerica
•
•
•
•
Agente eziologico - Vibrio cholerae O1
Malattia limitata all’uomo
Prevalente nei Paesi del Terzo Mondo
Nei Paesi Industrializati
– poco frequente
* “viaggiatore”
* ingestione di “frutti di mare”
Transmission - V. cholerae
feces
water
– fresh
– salt
food
Terapia
• Grave perdita di liquidi
• anche 10 litri al giorno
• più di 10 scariche l’ora
• Disidratazione, acidosi, ipotensione/collasso circolatorio, morte
• Terapia
– somministrazione di soluzioni acquose di elettroliti
per via intravenosa
– antibiotico: tetracicline
• Vaccinazione
– parzialmente efficace
– utile nel viaggiatore
Vibrio parahemolyticus
• Infezioni spesso associate al consumo di pesce crudo
• Alofilo - cresce meglio ad alte conc. saline
• Frequente causa di diarrea in Giappone
• Infezioni di ferite
•contatto con acqua di mare
CAMPYLOBACTER & HELICOBACTER
• Bacilli Gram-negativi
• Incurvati o spiraliformi
• Asporigeni
• Microaerofili
• Mobili per flagello polare
• Non-fermentanti, non-ossidanti (inerti)
• Geneticamente correlati
Campylobacter
Habitat
Sono presenti nelle
feci di vari uccelli e di mammiferi
cavo orale dell’uomo
C. jejuni
• infetta il tratto intestinale degli animali
• bovini e ovini
• maggiore causa di aborto
Transmissione
• latte
• carni
Isolamento - Campylobacter
• microaerofili
• Crescono meglio a 42oC
Campylobacter - symptoms
• diarrhea
• malaise
• fever
• abdominal pain
• usually self-limiting
• antibiotics occassionally
• bacteremia
–small minority
Helicobacter pylori
• Mucosa gastrica - gastrite
cronica attiva di tipo B
• Ulcera gastrica/duodenale
Urease
• Important in neutralizing
stomach acid
Helicobacter pylori
• Capacità di aderire all’epitelio
gastrico (fattori di adesività)
• Attività ureasica
• Attività di una mucinasi
• Attività di una lipasi e fosfolipasi
• Citotossina vacuolizzante
Diagnosis -Helicobacter
• Culture
- urease
NH4+ CO2
• mucosal endoscopy
• radioactive CO2 breath
after feeding radioactive urea
Terapia -Helicobacter
• Antibiotici
– Amoxicillina e Claritromicina
• Bismuto colloidale
• Inibitore della pompa protonica