MICROBIOLOGIA SCIENZA CHE SI OCCUPA DELLO STUDIO DEI MICRORGANISMI (ESSERI UNICELLULARI) PROTOZOI MICETI EUCARIOTI BATTERI PROCARIOTI VIRUS ??? Batteri Esseri unicellulari che si replicano per divisione binaria FORMA E DISPOSIZIONE RECIPROCA DEI BATTERI La cellula batterica Procarioti=nucleo primordiale Membrana citoplasmatica Parete cellulare (cell wall) Peptidoglicano o mureina Struttura del peptidoglicano NAM=acido N-acetilmuramico NAG=N-acetilglucosammina L-alanina D-glutamato Acido diaminopimelico (precursore lisina) D-alanina ponte pentaglicinico Gram-positivi Gram-negativi Membrana esterna • Struttura bistratificata asimmetrica: strato più interno assomiglia alla composizione della membrana citoplasmatica strato più esterno composto da molecole del lipopolisaccaride (LPS) • E’ una barriera per antibiotici di grandi dimensioni o idrofobici e lisozima, favorisce protezioni in condizioni avverse come il sistema digestivo dell’ospite • Permette anche mediante le porine il passaggio di metaboliti e piccoli antibiotici idrofili Batteri alcool-acido resistenti (micobatteri) MICOBATTERI • Il peptidoglicano è ricoperto da una struttura ricca di carboidrati e lipidi • Cellula impervia a sostanze dannose • Rallentamento di scambi di nutrientilentezza di sviluppo • Difficilmente penetrabili dai coloranti (colorazione a caldo)-difficilmente decolorabili COLORAZIONE DI ZIEHL-NEELSEN PER MICOBATTERI NEISSERIE: DIPLOCOCCHI GRAM-NEGATIVI PNEUMOCOCCHI: DIPLOCOCCHI GRAM-POSITIVI MICOBATTERI CAPSULA • Costituita da materiale extracellulare polisaccaridico (eccezione B.anthracis che è proteico) sintetizzato da enzimi presenti sulla superficie cellulare • Strato addensato e ben definito intorno alla cellula=capsula, ragnatela non ben definita=glicocalice o strato mucoso La capsula contribuisce al potere invasivo dei batteri: • antifagocitaria • conferisce adesività (S.mutans aderisce allo smalto dei denti mediante glicocalice=placca) • può adsorbire notevoli quantità di alcuni antibiotici impedendone l’arrivo, in adeguate concentrazioni, sulle molecole bersaglio PILI O FIMBRIE • Appendici proteiche • Strutture di ancoraggio che conferiscono capacità di aderire • Strutture più sottili dei flagelli senza struttura avvolta FLAGELLI • Conferiscono movimento • Formati da subunità proteiche (flagellina) FATTORI DI VIRULENZA • CAPSULA protegge dalla fagocitosi • ENZIMI coagulasi, ialuronidasi, collagenasi favoriscono la diffusione • ESOTOSSINE tossicità per particolari distretti • ENDOTOSSINE febbre, ipotensione, CID Tossine batteriche • • • • • ENDOTOSSINE Sono costituite dal lipopolisaccaride presente sulla membrana esterna dei batteri Gram-negativi Sono termostabili I geni relativi sono sempre sul cromosoma Sono pirogene TOSSOIDI-NO Esotossine • Sono proteine secrete dalla cellula batterica • Sono quasi tutte termolabili • I geni relativi possono essere sul cromosoma, su plasmidi o su profagi • Hanno attività biologiche specifiche • TOSSOIDI-SI Le spore batteriche • Sono forme di sopravvivenza in condizioni sfavorevoli (essicamento, presenza di ossigeno per gli anaerobi) • Restano vitali in condizioni estreme (alta temperatura, presenza di detergenti) • Sopravvivono in ambiente asciutto per tempi lunghissimi (millenni) La resistenza delle spore è dovuta: • alla presenza di una parete esterna (tunica) particolarmente spessa e impermeabile • alla mancanza di acqua libera • alla presenza di acido dipicolinico che stabilizzando i ponti disolfuro impedisce la denaturazione delle proteine Batteri sporigeni Bacillo dell’antrace (aerobio) CRESCITA BATTERICA Caratteristiche metaboliche dei batteri • Batteri aerobi: crescono in presenza di ossigeno • Batteri anaerobi: muoiono in presenza di ossigeno • Batteri microaerofili: crescono meglio con poco ossigeno e il 5% di CO2 • TEMPERATURA Microrganismi T minima T ottimale T massima Psicrofili -10 10-20 20-30 Mesofili 10 30-40 40-50 Termofili 40 50-70 70-90 • ACIDITA’ ALCALINITA’ (pH) Acidofili (Acetobacter aceti pH 5,4-6,3) Neutrofili (S.aureus pH 7,0-7,5) Basofili RAPPORTI OSPITE/PARASSITA Microrganismi commensali (flora normale) Mucose e cute: impediscono colonizzazione da parte di patogeni (interferenza batterica) Tratto intestinale: produzione di vitamine, assorbimento di nutrienti LPS + VD3 CONCETTI BASE • INFEZIONE=superamento delle barriere dell’ospite e replicazione dei germi con alterazione dell’omeostasi dell’ospite (malattia) • INFEZIONI ENDOGENE 1) abnorme espansione numerica di batteri che costituiscono la normale flora microbica .Es:enteriti da clostridi dopo antibiotici 2)trasferimento di batteri della flora microbica in siti del corpo normalmente sterili (sangue, tessuti). Es: Streptococcus viridans comune nelle prime vie respiratorie se entra in circolo con estrazioni dei denti o tosillectomia provoca endocardite Bacteroides comuni nel crasso, introdotti in cavità peritoneale danno suppurazione e batteriemia • INFEZIONI ESOGENE i microrganismi provengono dall’ambiente esterno materiali inanimati animali infetti (zoonosi) esseri umani infetti (malattie infettive o contagiose) • VIE DI TRASMISSIONE ingestione di alimenti o bevande contaminate inalazione di batteri o virus presenti nell’aria contagio sessuale inoculazione diretta nei tessuti o nel sangue (morso di animale infetto, artropode ematofago) penetrazione traumatica di materiale contaminato nei tessuti profondi (tetano) •INFEZIONI OSPEDALIERE Infezioni localizzate o sistemiche che non erano presenti nel paziente al momento del ricovero ospedaliero Fattori di rischio: •tubi endotracheali, respirazione artificiale •cateteri urinari e venosi •alto uso di antibiotici (resistenza batterica) Concorrono a costituire rischio •alta densità dei malati nei reparti •operazioni preoperatorie, durata dell’intervento •fattori intrinseci del paziente:età, obesità, diabete.. • PATOGENICITA’=capacità di un microrganismo di causare malattia • VIRULENZA=grado di patogenicità • OPPORTUNISMO=capacità di causare malattie solo in condizioni di aumentata suscettibilità (patologie preesistenti, immunosoppressione) •MALATTIA ENDEMICA: malattia sempre presente nella popolazione. Prevalenza (n° di casi di malattia sulla popolazione in un dato tempo) costante •MALATTIA EPIDEMICA: si manifesta con un rapido aumento della frequenza. Incidenza (n° di nuovi casi di malattia sulla popolazione in un dato tempo) molto elevata •MALATTIA PANDEMICA: malattia con andamento epidemico che interessa la popolazione mondiale SINTOMI INFEZIONI Arrossamento diffuso, aumento della temperatura, gonfiore, presenza di secrezioni sierose o purulente da ferite o da membrane mucose, accumulo di pus accompagnato da dolore in ascessi o cavità interne sono segni diretti d’infezione e richiedono un immediato esame colturale per determinare l’eziologia in modo da iniziare una terapia appropriata. Pazienti con infezioni subacute o croniche possono presentare sintomi scarsi o subdoli, quali febbre bassa ed intermittente, perdita di peso, astenia. INFEZIONI DELLE VIE URINARIE Presenza di microrganismi in organi abitualmente sterili (vescica e reni). Patologie assai frequenti nei soggetti di tutte le classi di età e di entrambi i sessi, seppure con differenze significative. Fattori predisponenti: presenza di calcoli, ipertrofia prostatica nel maschio, gravidanza a causa di una ridotta peristalsi dell’uretere per ragioni ormonali, danni neurologici. INFEZIONI DELLE VIE URINARIE Batteriuria significativa: condizione in cui l’esame colturale delle urine denota la presenza di batteri in carica superiore a 105 UFC (unità formanti colonia)/ml. Batteriuria asintomatica: batteriuria significativa in un paziente asintomatico. La maggior parte delle infezioni delle vie urinarie (IVU) è sostenuta da microrganismi dotati di particolari capacità di adesione alle cellule uroepiteliali in modo tale da resistere al lavaggio esercitato dal flusso urinario. INFEZIONE VIE URINARIE Eziologia Escherichia coli è la specie più frequentemente responsabile di infezione (oltre il 50% dei casi) INFEZIONI VIE URINARIE Gli enterobatteri più frequentemente responsabili di infezioni nosocomiali sono: • Proteus spp •Klebsiella spp •Enterobacter spp •Pseudomonas spp • Enterococcus spp. Eccezionali sono le infezioni sostenute da batteri anaerobi. La ricerca di Mycobacterium tuberculosis effettuata su campioni di urina consente la diagnosi della tubercolosi renale. INFEZIONI VIE URINARIE Distribuzione frequenze batteri responsabili di IVU S. aureus S. epidermidis Serratia Mar Proteus Pseudomonas Aer Enterococcus aerog Klebsiella p Enterococchi Proteus mirabilis E. coli 0 10 20 30 40 50 pz ambulatoriali 60 70 pz ospedalizzati 80 90 100 INFEZIONI RESPIRATORIE Le infezioni respiratorie includono un ampio spettro di patologie con diverse caratteristiche che possono interessare tutto l’albero respiratorio, dai seni paranasali ai polmoni. infezioni delle alte vie respiratorie (sinusiti, otiti, faringiti, laringiti) e basse vie respiratorie (bronchiti acute e croniche riacutizzate e polmoniti). Gli agenti eziologici sono i più diversi con prevalenza degli agenti virali per le vie aeree superiori e batterici per quelle inferiori. Le infezioni respiratorie hanno un notevole impatto sanitario (causa di ricovero e, nel caso delle polmoniti, di eventi fatali) ma anche economico e sociale (consumo di farmaci e visite mediche, assenze dal lavoro e scolastiche). INFEZIONI RESPIRATORIE Caratteristiche delle vie aeree L’albero bronchiale viene colonizzato subito dopo la nascita. La maggior concentrazione batterica è presente nella porzione più alta, mentre è praticamente assente in quella più bassa. Le difese meccaniche ed immunitarie sono rappresentate da: 1. IgA della mucosa bronchiale 2. Lisozima, proteina che scinde la parete batterica 3. Macrofagi alveolari che fagocitano le particelle più piccole 4. Cellule mucipare ciliate responsabili del trasporto mucociliare Faringiti Il 40% delle faringiti è causato da virus ed il 30% da batteri; il restante 30% non è accertabile. Fra i batteri lo Streptococcus pyogenes è il più frequente ed il più temibile per le possibili sequele, con una frequenza media del 15-30% in tutte le età, ma con un picco al 50% nei bambini in determinati periodi dell’anno, quali inverno e primavera. La diagnosi solo su basi cliniche è molto difficile data la molteplicità di agenti eziologici, anche se la presenza di febbre con assenza di congiuntivite, bronchite o rinite depone a favore di un’infezione da Streptococco piuttosto che infezione virale. La diagnosi microbiologica si effettua attraverso la coltura di un tampone oro-faringeo su agar-sangue: sarà possibile osservare le aree di emolisi totale (beta-emolisi) dovute proprio alle colonie di S.pyogenes. Sinusiti Processo flogistico a carico della mucosa dei seni paranasali che può manifestarsi in forma acuta o cronica. Gli agenti eziologici sono comunemente batteri, i più ricorrenti sono S. pneumoniae e H. influenzae. Lo S.aureus e P.aeruginosa sono responsabili di sinusiti in pazienti con intubazione endonasale. Anche certi virus respiratori (rinovirus, influenzali, parainfluenzali, adenovirus) sono causa di sinusite. La diagnosi microbiologica va effettuata su materiale prelevato dai seni nasali e paranasali tramite agoaspirato o lavaggio: si deve essere certi di non avere contaminazioni con la flora nasale. Data la complessità del prelievo la diagnosi eziologica è raramente perseguita. Bronchiti Una delle patologie più frequenti delle vie respiratorie dell’uomo. Caratterizzata da tosse con presenza o meno di espettorato. Più frequente nei bambini al di sotto dei 4 anni e negli adulti oltre i 65 anni. Strettamente correlata alle infezioni che conseguono ad episodi influenzali. La bronchite conseguente a infezioni virali è sostenuta principalmente da B.pertussis seguita da M.pneumoniae e C.pneumoniae. Diagnosi sierologica data difficile coltura di questi batteri. Polmoniti Processo infiammatorio acuto del parenchima polmonare, caratterizzato dalla presenza di liquido negli alveoli polmonari con conseguenti gravi difficoltà respiratorie. Può essere distinta in : • Polmonite alveolare, quando interessa gli alveoli • Polmonite interstiziale, quando si estende al tessuto interstiziale Se coinvolge un solo lobo è detta polmonite lobare; una sola parte di lobo è detta lobulare; se si estende ai bronchi contigui ai lobi è detta broncopolmonite. Le polmoniti batteriche rappresentano ancora un problema sanitario rilevante essendo una delle più comuni cause di mortalità di natura infettiva per l’uomo. INFEZIONI RESPIRATORIE Polmoniti Le polmoniti possono essere distinte in base all’agente eziologico in: 1. Polmoniti batteriche 2. Polmoniti virali 3. Polmoniti da altri agenti eziologici Polmoniti batteriche: Le più comuni sono dovute all’infezione con lo Streptococcus pneumoniae detto anche Pneumococco. La diagnosi è di tipo clinico e radiologico (comparsa di improvvisa infezione delle alte vie aeree accompagnata da febbre, tosse, dolore toracico e difficoltà respiratorie). Altra forma di polmonite batterica è quella causata da Staphylococcus aureus, frequente e spesso letale complicazione delle epidemie influenzali (soprattutto nei soggetti anziani). Terza grave forma di polmonite batterica è quella causata da Haemophilus influenzae. Polmoniti virali Sono dovute a virus che possono causare infezioni del tratto respiratorio inferiore. I più comuni nell’infanzia sono: •Virus respiratorio sinciziale (RSV) •Adenovirus •Virus parainfluenzale •Virus dell’influenza A e B •Rinovirus, ma solo occasionalmente Negli adulti sani i soli patogeni virali riscontrati frequentemente sono quelli dell’influenza A e B. Il quadro clinico comprende solitamente febbre, mal di testa, mialgie e tosse, mentre i versamenti pleurici sono rari. Per la profilassi è molto utile sottoporsi a vaccinazione antinfluenzale, soprattutto nei soggetti a rischio quali bambini, anziani, Immunodepressi. INFEZIONI RESPIRATORIE Diagnosi Gli esami di laboratorio sono costituiti essenzialmente da: 1. Allestimento di una colorazione di gram per l’osservazione microscopica 2. Coltura del materiale prelevato dal paziente (tampone orofaringeo, escreato, bronco-aspirato, liquido di lavaggio bronco-alveolare) 3. Identificazione biochimica del microrganismo 4. Allestimento dell’antibiogramma INFEZIONI GASTROENTERICHE Il tratto gastroenterico, dalla cavità orale al retto, è occupato da varie popolazioni batteriche caratteristiche per ogni distretto anatomico considerato. La concentrazione batterica aumenta in senso distale e nel colon viene raggiunta la massima, cioè 1011batteri/ml, rappresentata soprattutto da germi anaerobi (coliformi, enterococchi, spirochete). La flora microbica della bocca è anch’essa costituita prevalentemente da anaerobi, ma anche da streptococchi, Neisseria spp, difteroidi e lattobacilli. La presenza di questi microrganismi ostacola la colonizzazione da parte dei patogeni. Esofago, stomaco e tenue sono distretti abitualmente sterili. INFEZIONI GASTROENTERICHE Meccanismi di difesa Ogni porzione del canale alimentare presenta delle barriere anatomiche, fisiologiche e biochimiche. •Epitelio mucosale: sfavorisce l’adesione dei batteri grazie alla presenza del muco, del glicocalice (strato glicoproteico che ricopre la superficie delle cellule epiteliali). • Movimento dei liquidi gastrici ed intestinali. •Bile con azione antimicrobica grazie ai sali biliari. •IgA secretorie. INFEZIONI GASTROENTERICHE Fattori di rischio •Alterazioni anatomiche •Modificazioni dell’acidità dello stomaco •Modificazioni della popolazione microbica residente I patogeni intestinali hanno la capacità di superare le difese, resistono all’acidità gastrica e presentano alcuni fattori di virulenza (pili, produzione di tossine e capacità invasive). La via di trasmissione di questi microrganismi è oro-fecale. INFEZIONI GASTROENTERICHE Principali manifestazioni cliniche 1. Ulcera peptica (Helicobacter pylori) 2. Gastrite cronica (Helicobacter pylori) 3. Diarrea (Vibrio cholerae, E. coli entero-patogeni ed entero-tossigeni, Salmonella spp, Giardia lamblia, Rotavirus, Adenovirus) 4. Sindrome dissenterica (Shigella spp, E.coli enteroinvasivi ed entero-emorragici, Salmonella spp, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni, Entamoeba histolytica, Clostridium difficile 5. Febbre enterica o tifoide (Salmonella typhi) 6. Epatiti virali (A ed E orofecali, B C e D trasmissione parenterale) INFEZIONI GASTROENTERICHE Diagnosi di laboratorio Per la diagnosi di diarrea e dissenteria gli esami utilizzabili sono: 1. Esame microscopico delle feci 2. Esame colturale 3. Ricerca antigenica nelle feci 4. Indagine sierologica BATTERIEMIE presenza di batteri in circolo Sepsi, shock septico, morte 1. Batteriemia primaria: insorge in pazienti che non mostrano segni di infezione in altri distretti anatomici. Appartengono anche le batteriemie che insorgono come complicazione relativa alla posa di un catetere vasale. 2. Batteriemia secondaria: complicazione delle infezioni a livello di altri siti anatomici (polmoniti, infezioni urinarie, ferite infette, ecc.). Viene rilevato lo stesso microrganismo nel sangue e nel sito anatomico implicato. BATTERIEMIE Pseudobatteriemie La contaminazione di una emocoltura può derivare da diverse fasi: •Contaminazione intrinseca dei flaconi di emocoltura •Contaminazione dei guanti del personale •Contaminazione durante il prelievo (asepsi imperfetta) BATTERIEMIE Batteriemie nosocomiali Non originano da foci infettivi presenti nell’organismo (batteriemie primitive). Sono frequenti nei dializzati a causa della venopuntura periodica, anche se la causa più comune è il posizionamento di cateteri vascolari. La porta d’entrata nel circolo del microrganismo è il punto in cui il catetere si immette nel vaso. Situazioni gravi che possono evolvere in shock settico a cui è associata una elevata mortalità. Gli agenti eziologici più comuni sono gli stafilococchi: S.epidermidis e S.aureus. Se è il liquido da infondere ad essere contaminato: Enterobacter, Pseudomonas e miceti.