Interazione ospite-parassita:
PATOGENESI BATTERICA
GLI ANIMALI E L’UOMO OSPITANO UN
NUMERO ESTREMAMENTE ELEVATO DI
MICRORGANISMI.
 TALE COLONIZZAZIONE AVVIENE AL
MOMENTO DELLA NASCITA E PERMANE
PER TUTTA LA VITA DELL’INDIVIDUO.
 IN LINEA GENERALE SI PUO’ AFFERMARE
CHE I BATTERI RESIDENTI IN UN
ORGANISMO NON HANNO EFFETTI
DANNOSI FINO A CHE SI TROVANO NEL
DISTRETTO ANATOMICO CHE
RAPPRESENTA LA LORO ABITUALE
“residenza” MENTRE POSSONO ESSERE
CAUSA DI INFEZIONI QUANDO SI
DIFFONDONO NELL’ORGANISMO
LOCALIZZANDOSI IN ALTRI DISTRETTI
ANATOMICI.
Flora microbica “normale”
(o microbiota residente)
 La colonizzazione microbica ha inizio al
momento della nascita:
 Colonizzazione “selettiva” (cute, mucose) del
neonato da parte della flora vaginale materna
 Dopo alcune settimane, flora neonatale  flora
adulto
 L’insieme di microrganismi residente in un
determinato sito anatomico viene indicato
come flora “normale” (o residente)
 Composta da più di 200 specie
 Bacteria > Funghi eucarioti, protisti
 Tessuti interni (cervello, sangue, muscolo)
sono fisiologicamente “sterili”
Flora microbica “normale”
SIMBIOSI
 Mutualismo: sia il microrganismo che l’ospite traggono
beneficio dall’interazione
 mutualismo tra varie specie batteriche
 Commensalismo: il microrganismo vive nell’ospite senza
provocare alcun danno
 Parassitismo: il microrganismo (parassita) vive su/all’interno
dell’ospite a spese di quest’ultimo (danno)
PARASSITI FACOLTATIVI
PARASSITI OBBLIGATI
possono sopravvivere
nell’ambiente
esterno come organismi
autonomi;
sono capaci di sopravvivere
solo
nell’organismo ospite.
PATOGENESI BATTERICA
 Interazione
ospite-parassita:
 Commensalismo
 Mutualismo
 Parassitismo
La patogenicità non è la regola; in effetti, si manifesta con una
frequenza così bassa, coinvolgendo un numero di specie talmente
circoscritto, considerata la straordinaria diffusione dei batteri
sul nostro pianeta, da rappresentare un’anomalia. La malattia è
dovuta solitamente a “trattative” per la simbiosi tra organismi
che non vanno a buon fine, a un superamento della linea di
separazione da una parte o dall’altra, a una “errata
interpretazione” biologica dei rispettivi “confini”
- Lewis Thomas
Interazione “ospite-microrganismo”
Il rapporto tra ospite (uomo) e microrganismo è,
generalmente, una simbiosi di tipo mutualistico
e/o commensale:
• Vantaggi per il microrganismo:
 Sorgente di nutrienti
 Habitat ideale per la crescita e la divisione cellulare
• Vantaggi per l’ospite:
 Assorbimento di vitamine (vit. K, biotina, riboflavina)
prodotte da batteri intestinali
 possibile inversione del rapporto simbiontico
 Prevenzione della colonizzazione di patogeni
 produzione di batteriocine (strept. viridanti vs S. pyogenes, N.
meningitidis, M. tuberculosis) e tossine, variazione Eh
(produzione intestinale di acidi grassi a catena corta)
 produzione di Ab, stimolazione fagociti, dimuzione nutrienti
Competizione tra flora microbica
“normale” e microrganismi patogeni
Lactobacillus acidophilus
Fermenta glicogeno secreto dalle cellule epiteliali
vaginali, riducendo così il pH ambientale a valori
(~ 4.5) incompatibili con la crescita di gran parte
dei microrganismi.
In equilibrio con Candida albicans. Azione
antifungina
mediata dalla sintesi di perossido di idrogeno.
Equilibrio
ospite-microrganismo
 Flora “normale” = condizione dinamica
 Fattori che influenzano l’equilibrio ospitemicrorganismo:
 Debilitazione fisica
 maggiore presenza di Gram-negativi nell’orofaringe di soggetti
malati (vs soggetti sani)
 Dieta
 assenza di carboidrati si traduce in riduzione di lattobacilli e
S. mutans orali. P. aeruginosa in verdure; Candida albicans, C.
tropicalis, Torulopsis glabrata in succhi di frutta
 Terapia antibiotica
 Interferisce sul processo di adesione
 Seleziona ceppi antibiotico-resistenti
 Infezioni virali respiratorie
 Facilitano la colonizzazione batterica della mucosa
(superinfezioni)
Adattamenti della flora
“normale”
 Tropismo tessutale: preferenza o predilezione
per la colonizzazione di uno specifico tessuto:






Corynebacterium diphteriae - faringe
Neisseria gonorrhoea - epitelio urogenitale
Streptococcus mutans - superficie dentale
Vibrio cholerae, E. coli – epitelio intestino
Staphylococcus aureus - naso
Staphylococcus epidermidis - cute
 Colonizzazione specifica di un particolare
tessuto o superficie mediante ligandi (adesine)
che interagiscono con specifici recettori.
 Organizzazione in “biofilm” su superfici
tessutali o colonizzazione di biofilms
preformati.
Un microrganismo è patogeno se è in grado di
invadere e moltiplicarsi con conseguente
danneggiamento dell’organismo ospite
La PATOGENICITA’ dipende da:
 fattori di virulenza
 carica batterica (numero iniziale di batteri che
infettano)
 stato di salute, in particolare immunitario, dell’ospite
ESPOSIZIONE
Principali fasi del
processo patogenetico
ADESIONE
INVASIONE
COLONIZZAZIONE
CRESCITA
TOSSICITA’
INVASIVITA’
DANNO AI TESSUTI
Fattori di virulenza
 Conviene ricondurli alle principali categorie
 Adesine
 V. cholerae, E coli, Salmonella spp, N.
gonorrheae, N.meningitidis, Streptococcus
pyogenes, …
 Invasine
 Rickettsie, Clamidie, S. typhi; Shigelle; ….
 Capsule e microcapsule antifagocitarie
 S. pneumoniae
 Parassitismo facoltativo nei fagociti
 M. tuberculosis, Brucelle, S. typhi, F.
tularensis, …
Proteine batteriche extracellulari che possono essere considerate
INVASINE
TABLE 3. SOME EXTRACELLULAR BACTERIAL PROTEINS THAT ARE
CONSIDERED INVASINS
Invasin
Bacteria Involved
Activity
Hyaluronidase
Streptococci,
staphylococci and
clostridia
Degrades hyaluronic of connective tissue
Collagenase
Clostridium species
Dissolves collagen framework of muscles
Neuraminidase
Vibrio cholerae and
Shigella dysenteriae
Degrades neuraminic acid of intestinal mucosa
Coagulase
Staphylococcus aureus
Converts fibrinogen to fibrin which causes clotting
Kinases
Staphylococci and
streptococci
Converts plasminogen to plasmin which digests fibrin
Leukocidin
Staphylococcus aureus
Disrupts neutrophil membranes and causes discharge
of lysosomal granules
Streptolysin
Streptococcus pyogenes
Repels phagocytes and disrupts phagocyte membrane
and causes discharge of lysosomal granules
Hemolysins
Streptococci,
staphylococci and
clostridia
Phospholipases or lecithinases that destroy red blood
cells (and other cells) by lysis
Lecithinases
Clostridium perfringens
Destroy lecithin in cell membranes
Phospholipases Clostridium perfringens
Destroy phospholipids in cell membrane
Anthrax toxin
Bacillus anthracis
One component (EF) is an adenylate cyclase which
causes increased levels of intracellular cyclic AMP
Pertussis toxin
Bordetella pertussis
One toxin component is an adenylate cyclase that acts
locally producing an increase in intracellular cyclic
AMP
Fattori di virulenza
 Leucocidine
 S. aureus; S. pyogenes; P. aeruginosa, …
 Siderofori
 P. aeruginosa, ….
 Enzimi istolitici
 Clostridi della gangrena gassosa
 sIgA proteasi
 Neisserie, …
 Mimetismo e variabilità antigene
 B. recurrentis; N. gonorrhoeae; Plasmodi; S.
aureus
Competizione tra le cellule dell’ospite ed i
patogeni batterici per il ferro dimostrando
l’importanza dei siderofori
Controllo genetico
I fattori di virulenza e di patogenicità
possono essere intrinseci, cioè far parte del
genoma della specie, o possono essere
acquisiti, con uno dei vari meccanismi di
trasferimento genico. [trasformazione,
coniugazione, trasduzione, conversione
lisogena]
Possono risiedere nel cromosoma, o possono
risiedere in elementi genetici accessori.
Schema di acquisizione
Le principali strutture coinvolte nel trasferimento genico orizzontale
di un gene di patogenicità
PAIs
Tn
Fagi
Plasmide
ISOLE DI PATOGENICITA’









Contengono uno o più geni di virulenza
Sono presenti solo nei ceppi patogeni
Sono di grandi dimensioni 10-200 kb
Hanno un diverso contenuto in G+C (recente HTG)
Sono spesso inserite in geni per tRNA
Sono fiancheggiate da sequenze di DNA direttamente ripetute (DR)
Sono associate a elementi genetici mobili
Sono instabili
Rappresentano strutture a mosaico
(Dobrindt et al., 2004)
Le Isole di Patogenicità si possono excidere dal genoma attraverso
ricombinazione tra le sequenze presenti nelle sequenze direttamente
ripetute (DR)
Ipotetico ciclo di vita delle isole genomiche
FATTORI DI VIRULENZA CODIFICATI DALLE PAI
1. sistemi di escrezione
2. interferenza con il sistema immune
3. adesività e colonizzazione
4. modulatori di funzioni della cellula ospite
5. internalizzazione
6. sopravvivenza/moltiplicazione intracellulare
7. sottrazione di nutrienti ( es: ferro)
A. The cag island of H. pylori harbors genes for a type IV secretion system
that can translocate the toxin CagA into human cells,
B. The SP-1 island of S. typhimurium encodes a type III secretion system,
secreted proteins and regulatory proteins.
C. The HPI island of Y. enterocolitica has genes that encode a iron uptake
system
D. The vSAL island of multiple drug-resistant S. aureus (MRSA) encodes a
remarkably high number of enterotoxins.
Non soltanto Pathogenicity Island : il fenomeno coinvolge altri
gruppi di geni
Genomic Island
Geni di
virulenza
Pathogenicity island
Uropathogenic E.coli
Geni per
la simbiosi
Symbiosis Island
Geni per
l’utilizzazione
di zuccheri
Metabolic Island
Geni per la
resistenza ad
uno o più
antibiotici
Mesorhizobium loti
Salmonella senftenberg
Resistance Island
Staphylococcus aureus