Rapporto microorganismi
e
organismi pluricellulari
Tossine batteriche
ESOTOSSINE BATTERICHE
 Proteine che danneggiano direttamente il tessuto o alterano il
metabolismo della cellula bersaglio o innescano attività
biologiche distruttive;
 Secrete o rilasciate a seguito lisi cellulare;
 Prodotte da Gram+ e Gram-;
 Talora responsabili uniche malattia;
 Veleni più potenti conosciuti;
 Generalmente enzimi.
PRODUZIONE ESOTOSSINE
Non sono indispensabili per la crescita batterica
Essenziali per sopravvivenza e diffusione
in particolari circostanze
Rapporto crescita batterica
Continua
Fase stazionaria
Sporulazione
Contatto
dipendente
SEDE CODIFICANTE GENICO ESOTOSSINE
Categoria
Microrganismo
Cromosoma batterico Bordetella pertussis
Tossina
Pseudomona aeruginosa
Shigella dysenteriae
Staphylococcus aureus
Pertosse
Esotossina A
Neurotossina
Enterotossina A
Tossina A esfoliativa
Plasmidi
Bacillus anthracis
Clostridium tetani
Escherichia coli
Staphylococcus aureus
Antrace
Tetanospasmina
Tossina labile calore
Tossina B esfoliativa
Batteriofagi
Clostridium botulinum
C. diphteriae
Escherichia coli
Staphylococcus aureus
Vibrio cholerae
Tossina botulinica
Tossina difterica
Verotossina
Enterotossina A
Tossina colera
BERSAGLI ESOTOSSINE
 Matrice extracellulare
 Strutture cellulari
TOSSINE E MATRICE EXTRACELLULARE
1. Ialuronidasi
(Staphylococcus aureus)
2. DNasi
3. Streptochinasi
4. Collagenasi
(Clostridium perfringens)
5. Elastasi
6. Coagulasi
TOSSINE CON BERSAGLIO CELLULARE
1. Tossine che agiscono
sulla superficie cellulare
2. Tossine che danneggiano
la membrana cellulare
3. Tossine con target
intracellulare
4. Tossine inoculate
direttamente nella cellula
1. TOSSINE E SUPERFICIE CELLULARE:
Superantigeni
• Proteine in grado di legarsi
contemporaneamente all’MHCII ed alla
porzione variabile del TCR
• Ciò causa un’attivazione delle cellule T in
assenza dell’antigene specifico
– Tossina della sindrome da shock tossico (S.
aureus)
– tossina eritrogenica (S. pyogenes)
Superantigeni
2. Tossine che danneggiano le membrane
A) Proteasi
B) Fosfolipasi, Lecitinasi (a toxin C.perfrigens, b di St. aureus)
Lecitina
H2O
Ca++
Digliceride + Fosforilcolina
Lecitinasi
C) Tossine con attività datergente-simile
D. Formanti-pori
 Spesso indicate come emolisine
 Proteine amfipatiche
 Legano colesterolo membrana citoplasmatica in maniera non
saturabile
 Perturbano funzione membrana cellulare
 Rilascio citochine, attivazione proteasi intracellulari, apoptosi, morte
cellulare
–streptolysin O of
Streptococcus pyogenes
–listeriolysin of Listeria
monocytogenes
–alpha-toxin of S. aureus
LYSIS!
Meccanismo d’azione delle tossine che
formano pori nelle membrane cellulari
Emolisine: causano lisi eritrociti
Streptococchi
Alfa emolitici: lisi
eritrocitaria
incompleta
Ganma emolitici: no
lisi eritrocitaria
Beta emolitici: lisi
eritrocitaria completa
3. TOSSINE CON TARGET INTRACELLULARE:
organizzazione molecolare
Esempi di Tossine AB
Meccanismo d’azione tossine con
bersaglio intracellulare
 Legame recettore
 Internalizzazione
 Modificazione target intracellulare
Tossine tipo III
• Strutture tipo A-B
• Varietà di meccanismi con cui operano
Legame recettore
1. Tutte le tossine con target intracellulare legano con alta specificità
recettore sulla membrana cellulare;
2. Recettore è un glico-lipide o glico-proteina.
Internalizzazione
A
B
A
B
TOSSINA DIFTERICA
E BOTULINICA
A
ENDOSOMA
APPARATO DI
GOLGI
TOSSINA SHIGA E
COLERICA
RETICOLO
ENDOPLASMATICO
B
NUCLEO
Modificazione target citoplasmatico
 Nel citoplasma la porzione attiva della tossina catalizza una
specifica reazione enzimatica modificando selettivi substrati;
 Quattro attività enzimatiche sono state riconosciute in questa
classe di tossine:
* ADP-ribosilazione
* Adenilato ciclasica
* Adenina glicoidrolisi
* Zn-endopeptidasi
TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE:
Tossina colerica
TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE:
Tossina difterica: tox gene
• Esistono ceppi tossigenici e nontossigenici di C. diphtheriae.
• Il gene tox che codifica per DT è veicolato da una famiglia di
corynebacteriophagi
• Ceppi tossigenici di C.diphtheriae sono lisogenizzati da questi
fagi.
TOSSINE CON ATTIVITA’ ADP-RIBOSILANTE:
Tossina difterica: struttura/funzione
Tossina difterica: legame al recettore:
• Il dominio R, che è parte della catena B, si lega al recettore
specifico sulla cellula bersaglio.
• Questo recettore è il precursore del fattore di crescita
epidermico legante l’eparina (HB-EGF).
Tossina difterica: endocitosi e traslocazione
• Endocitosi del complesso
recettore-tossina.
• Il pH acidico dell’endosoma
promuove un cambio
conformazionale (T-dominio)
che inserisce la tossina nella
membrana della vescicola.
• La catena A è traslocata nel
citoplasma.
• La riduzione del ponte
disolfuro rilascia la catena A
nel citoplasma.
Tossina difterica: attività enzimatica
TOSSINE CON ATTIVITA’ ADENILCICLASICA INTRINSECA
* B. pertussis, B. parapertussis, B. bronchiseptica
proteina bifunzionale (177.7-kDa)
> emolisina pore-forming (1306 AA);
> adenilato ciclasica (400 AA) calmodulino-dipendente
* B. anthracis
Tossina antrace costituita da 3 proteine
> fattore edemigeno
> fattore letale
> subunità di legame al recettore
Meccanismo d’azione tossina antrace
Meccanismo d’azione tossina antrace
TOSSINE CON ATTIVITA’
ZN-ENDOPEPTIDASICA
 Neurotossine tetanica e botulinica;
 Paralisi spastica versus paralisi flaccida >> blocco rilascio
neurotrasmettitori;
 Contengono la sequenza HExxH che è coinvolta nel legame dello
Zn nelle endopeptidasi-Zn dipendenti;
 Atomo di Zn è essenziale per funzione tossina e prevenire
neuroesocitosi;
Tossina Tetanica
 Rilasciata da lisi batterica come unico peptide inattivo 150 kDa;
 Scissa da endopeptidasi
HS Zn
Zn2+
Zn2+
S
S
S
S
Hn
Proteolisi
Hc
Hn
Riduzione
Hc
S
Hn
Hc
 Lega gangliosidi GT1 membrane neuroni che innervano sede
inoculo/germinazione spore e penetra nelle cellule per endocitosi
recettore mediata;
 Risale il SN mediante trasporto intra-assonico inverso in
motoneuroni, neuroni sensoriali, neuroni adrenergici >>> passa per
via transinaptica ai neuroni inibitori bloccando rilascio GABA e
glicina.
Tossine neurotrope: tossina tetanica
• TT agisce bloccando
il rilascio dei
neurotrasmettitori
inibitori a livello dello
spazio sinaptico.
• Contrazione
contemporanea
muscoli agonisti e
antagonisti (paralisi
spastica).
• Morte per blocco
respiratorio.
Tossina Botulinica
 Rilasciata da lisi batterica come unico peptide inattivo 150 kDa;
 Scissa da endopeptidasi
 Assorbita tratto gastrointestinale passa in circolo e lega gangliosidi
GD1b presenti nelle membrane neuroni colinergici ed entra nelle
cellule per endocitosi recettore mediata;
 Subunità catalitica penetra nel citoplasma dopo acidificazione
endosoma ed agisce inibendo secrezione di Ach in tutte le sinapsi
colinergiche incluse motoneuroni, fibre pregangliari e postgangliari
parasimpatiche.
Tossine neurotrope: tossina botulinica
La tossina botulinica agisce a livello del SNP, bloccando a livello
pre-sinaptico il rilascio di acetilcolina. Mancata contrattura dei
muscoli e paralisi flaccida.
MECCANISMO D’AZIONE TOSSINE
TETANICA E BOTULINICA
Sintassina
Snap-25
4. TOSSINE INOCULATE DIRETTAMENTE
NEL CITOPLASMA CELLULA BERSAGLIO
 Alcuni batteri virulenti (Salmonella, Shigella, Yersinia) non
rilasciano le loro tossine nell’ambiente;
 Questi batteri intossicano singole cellule eucariotiche utilizzando
un apparato di secrezione contatto-dipendente per inoculare sostanze
tossiche nel citoplasma delle cellule bersaglio;
 I Gram- utilizzano un apparato di secrezione di tipo III (struttura
simil flagellare) o di tipo IV (struttura simil pili coniugativi);
TARGET TOSSINE INOCULATE NEL
CITOPLASMA CELLULA BERSAGLIO
 Processi di fosforilazione
> Yersinia Ypk e YopH
> EPEC Tir
 Piccole proteine G
> S. typhimurium SopE
> P. aeruginosa esoenzima S
> C. botulinum esoenzima 3
 Metabolismo dell’inositolo fosfato
> S. dublin SopB
E. Coli
enteropatogena (EPEC)
• Primo passo è l’adesione dei batteri alle cellule epiteliali intestinali
mediante pili di tipo IV
• Legame innesca espressione di un apparato di secrezione di tipo III
che consente al batterio di inoculare direttamente nella cellula ospite
proteine sintetizzate dal batterio
La proteina EspA consente di
colmare la piccola distanza tra
batterio e cellula intestinale e di
inoculare EspB e Tir
EspB inoculata nella cellula
bersaglio attiva a sua volta
proteine coinvolte nella
trasduzione segnale
Tir (transmembrane intimin
receptor) è inserita nella
membrana della cellula
bersaglio
Domande
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Cosa si intende per microrganismo saprofita e parassita?
Quali forme di rapporto si possono instaurare tra un parassita ed il suo ospite
pluricellulare?
Quali sono i vantaggi che fornisce la flora microbica saprofitica del tratto GI al suo
ospite?
Quali sono i fattori che influenzano l’evoluzione dell’incontro tra un
microrganismo ed un ospite pluricellulare?
Quali sono le principali vie di infezione?
Quali sono i meccanismi di difesa aspecifici di cui è dotato un organismo
pluricellulare per controllare la popolazione microbica presente su cute e mucose?
Quali i meccanismi di difesa specifici di cui siamo dotati per neutralizzare i
microrganismi?
Cosa si intende per carica infettante?
Cosa si intende per virulenza di un microrganismo e da cosa è determinata?
Descrivere le varie fasi nello sviluppo di una infezione
Adesione batterica: significato e strutture coinvolte
Colonizzazione: significato e modalità di colonizzazione per i vari distretti corporei
Biofilm: struttura, significato biologico ed importanza per processi infettivi
14. Meccanismi di disseminazione batterica
15. Meccanismi di escape dalla risposta immunitaria
16. Cosa si intende per Patogeni intracellulari e quali le strategie usate da questi batteri
17. Meccanismi di patogenicità batterica diretti ed indiretti
18. Endotossine batteriche: struttura, meccanismo d’azione ed effetti nell’ospite
19. Caratteristiche generali delle esotossine
20. Tipi principali di esotossine
21. Tossine con target extracellulare
22. Esotossine tipo I: tossine che agiscono sulla superficie cellulare
23. Esotossine che danneggiano la membrana cellulare
24. Cosa sono e quale è la struttura/meccanismo d’azione delle emolisine
25. Determinanti genetici delle esotossine batteriche con esempi
26. Esotossine con target intracellulare: descriverne il meccanismo d’azione
27. Esotossine con target intracelulare: descriverne la organizzazione molecolare
28. Esotossine con target intracellulare: descrivere tipo di attività enzimatica catalizzata
29. Esotossine batteriche: tossina colerica (struttura e meccanismo d’azione)
30. Esotossine batteriche: tossina antrace (struttura e meccanismo d’azione)
31. Esotossine batteriche: tossina difterica (struttura e meccanismo d’azione)
32. Esotossine batteriche: tossine botulinica e tetanica (struttura e meccanismo d’azione)
33. Tossine di tipo IV: inoculate nella cellula bersaglio
34. Applicazioni biotecnologiche tossine batteriche
35. Cosa sono le infezioni opportunistiche e quale la loro rilevanza