Interazione ospite-parassita:
PATOGENESI BATTERICA
DANNO TISSUTALE
La colonizzazione delle strutture esposte, il superamento
delle barriere, l’invasione dei tessuti profondi
comportano il danno anatomo-funzionale dell’ospite.
Responsabili del danno possono essere sia i mediatori
dell’ospite (pirogeni, enzimi lisosomiali, mediatori del
sistema immune, etc..) che i fattori intrinseci di
virulenza dei microrganismi tra cui:
LE TOSSINE
….quindi
Le tossine sono responsabili del danno localizzato
o sistemico che può derivare da:
un effetto diretto sulle cellule dell’ospite
un effetto indiretto, mediato dall’interazione
di tali molecole con componenti di umorali o
cellulari dell’ospite
Eso- e Endo-tossine
Confronto
 Esotossine
 Natura proteica
 Termolabili
 Immunogeni
 Neutralizzabili da
anticorpi
 Profili di azione molto
differenziati
 Estrema potenza
 Alcune attive per
ingestione
 Endotossine
 Lipopolisaccaridi
 Termostabili
 Immunogeni, ma non
neutralizzabili da
anticorpi
 Profili di azione
poco differenziati
 Meno potenti
 Inattive per
ingestione
Classificazione delle Esotossine
LE MANIFESTAZIONI TOSSICHE DELLE DIVERSE
ESOTOSSINE NELL’ORGANISMO SENSIBILE VARIANO IN
FUNZIONE DELL’ORGANO BERSAGLIO PRINCIPALE.
SOTTO QUESTO PROFILO LE PRINCIPALI TOSSINE
PROTEICHE PRODOTTE DAI BATTERI SI POSSONO
DISTINGUERE IN:




TOSSINE CITOLITICHE in grado di ledere le membrane delle cellule
bersaglio provocandone la morte;
TOSSINE NEUROTROPE le cui cellule bersaglio sono localizzate nel
sistema nervoso centrale o periferico;
ENTEROTOSSINE attive a livello delle cellule della mucosa
dell’intestino;
TOSSINE PANTROPE in grado di danneggiare, attraverso l’inibizione
della sintesi proteica, qualsiasi cellula in possesso di recettori idonei a
fissare la tossina.
MECCANISMO D’AZIONE DELLE ESOTOSSINE
Le tossine rilasciate dai batteri si legano a specifici
recettori presenti su cellule bersaglio ed esplicano i
loro effetti biologici:
a) formando pori o canali transmembrana sulle
membrane integre (tossine di tipo I)
b) danneggiando
la
membrana
cioè
agendo
enzimaticamente
sui
fosfolipidi
di
membrana
(Fosfolipasi C, emolisina termolabile di Pseudomonas
aeruginosa) (tossine di tipo II)
c) penetrando direttamente nel citoplasma delle cellule
ospiti, attraverso un
meccanismo di endocitosi
recettore-mediato (tossine di tipo III)
Esotossine – aspetti
molecolari

Le esotossine sono
grosse molecole
proteiche, o complessi
multimerici

In genere, una parte
[B, da binding] della
tossina serve per
riconoscere il
recettore specifico
cui legarsi

Una parte distinta [A,
da active] penetra
nella cellula, e vi
svolge un’attività di
tipo enzimatico,
intossicandola
Struttura delle esotossine
I due peptidi sono legati da ponti disolfurici che vengono scissi dalle
proteasi.
Il peptide B è responsabile della penetrazione intracellulare del
peptide A attivato. I due peptidi inoculati singolarmente sono del
tutto innocui .
TOSSINE CITOLITICHE
LE TOSSINE CITOLITICHE (emolisine) HANNO COME BERSAGLIO
DELLA LORO AZIONE TOSSICA LA MEMBRANA CELLULARE DI
CUI MODIFICANO LA STRUTTURA NECESSARIA AL
MANTENIMENTO DELL’INTEGRITA’ FISIOLOGICA DELLA
CELLULA.
L’AZIONE CITOLITICA PUO’ ESSERE LA CONSEGUENZA:
 DELL’ATTIVITA’ ENZIMATICA CHE CONSENTE LORO
IDROLIZZARE NUMEROSI FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA;
DI
 DELL’AZIONE
COME
DETERGENTI
CHE
PROVOCA
LA
DISORGANIZZAZIONE DELLA STRUTTURA DELLA MEMBRANA
CELLULARE PER SOLUBILIZZAZIONE DEI COSTITUENTI
LIPIDICI E PROTEICI;
 DELLA CAPACITA’, COME PER LA STREPTOLISINA O, DI LEGARSI,
NELLA FORMA RIDOTTA, AL COLESTEROLO PRESENTE ALLA
SUPERFICIE DELLA MEMBRANA CELLULARE, IMPEDENDONE LA
NORMALE INTERAZIONE CON I FOSFOLIPIDI ADIACENTI E
DIMINUENDO DI FATTO LA RIGIDITA’ DELLA MEMBRANA CON
LA PRODUZIONE DI DISCONTINUITA’ FISICHE O FUNZIONALI
CHE INFLUENZANO LA PERMEABILITA’ CELLULARE.
Citotossina del Clostridium
difficile
TOSSINE NEUROTROPE
 TOSSINA TETANICA E TOSSINA
CARBONCHIOSA agiscono sul sistema
nervoso centrale e provocano la morte dopo
l’instaurarsi di una PARALISI SPASTICA
per contrattura muscolare generalizzata;
 TOSSINA BOTULINICA agisce a livello del
sistema nervoso periferico e provoca la
morte in seguito all’instaurarsi di una
PARALISI FLACCIDA.
Meccanismo di azione della tossina
tetanica e botulinica
Tossine tetanica e
botulinica
 Polipeptidi unici, che si dividono in frammento
A e frammento B
 Il frammento B delle due tossine riconosce
recettori diversi  diversi i bersagli
 In ambedue i casi il frammento A, una volta
dentro la cellula, ha attività di endopeptidasi
zinco-dipendente, attiva su proteine
necessarie per la neuroesocitosi
Clostridium tetani
 Virulenza ‘condizionata’: le spore,
diffuse nell’ambiente, devono poter
penetrare attraverso la cute, e
raggiungere punti con potenziale di
ossidoriduzione alterato, dove
possano germinare
 Anche replicandosi poco, con poca
reazione infiammatoria, producono
una potente tossina, che provoca il
tetano
Struttura della tossina tetanica
Tossina tetanica
 Si lega a recettori del sistema nervoso centrale; il frammento
A risale fino alle sinapsi inibitorie dei motoneuroni bulbari e
spinali, dove blocca il rilascio del mediatore chimico [GABA]
 I motoneuroni, disinibiti, inviano impulsi continui, che provocano
il tetano [paralisi spastica]
Botulismo classico,
alimentare
•Il botulismo classico è
un’intossicazione, che segue
all’ingestione della potente esotossina
botulinica, che può trovarsi
preformata in qualche alimento
•L’agente eziologico è il Clostridium
botulinum, che provoca malattia senza
infettare
Botulismo infettivo
Clostridium botulinum produce una potente
tossina, ma è poco virulento
Infetta solo in particolari condizioni
•Spore che contaminano ferite con
necrosi [come per il tetano]
•Spore che germinano nell’intestino di
lattanti, con flora microbica non ben
assestata
Tossina botulinica
 Il frammento B si lega a recettori di
neuroni, facendo endocitare il frammento
A, che risale fino alle placche
neuromuscolari, dove blocca il rilascio del
mediatore chimico [acetilcolina],
impedendo il passaggio dell’impulso
motorio e causando la paralisi flaccida
Tossine carbonchiose
 Una subunità B media l’attacco al
recettore dell’una o dell’altra subunità
attiva, rispettivamente:
 Tossina carbonchiosa
 Fattore edematogeno
 La parte B costituisce l’antigene
protettivo
I due principali fattori che condizionano la patogenicità del Bacillus
Antracis sono codificati da due plasmidi denominati pX01 (codifica la
tossina) e pX02 (codifica la capsula). Perché il batterio sia virulento è
necessaria la presenza del pX01, mentre per avere una stimolazione
antigenica è sufficiente la presenza del plasmide pX02. Queste
scoperte furono sfruttate da Pasteur che sintetizzò il vaccino.
ENTEROTOSSINE
SONO UN GRUPPO ETEROGENEO DI ESOTOSSINE, DIFFERENTI
PER LA SPECIE BATTERICA PRODUTTRICE, PER LE DIMENSIONI
E LA STRUTTURA MOLECOLARE, NONCHE’ PER IL MECCANISMO
D’AZIONE E VARIE PROPRIETA’ CHIMICHE O BIOLOGICHE, MA
TUTTE ACCOMUNATE DALL’ATTIVITA’ ENTEROPATOGENA
(diarrea, vomito) DI INTENSITA’ E DURATA VARIABILE.
 ENTEROTOSSINE CITOTOSSICHE provocano lesioni cellulari;
 ENTEROTOSSINE CITOTONICHE non provocano lesioni evidenti
ed agiscono mediante attivazione dell’enzima adenilato-ciclasi.
TRA QUESTE RICORDIAMO L’ENTEROTOSSINA DI VIBRIO
CHOLERAE.
Enterotossine stafilococciche
 Prodotte da circa 1/3 dei ceppi di S.
aureus
 Almeno 9 sierotipi: SEA, SEB, SEC1,
SEC2, SEC3, SED, SEE, SEH, SEG
 Omologie genetiche
 Spesso in profagi
Enterotossine
stafilococciche
 Tossiche per ingestione
 Intossicazioni alimentari - epidemie
 Tossiche per inalazione
 [la SEB rientra fra le armi biologiche]
 Resistono a riscaldamento
 Provocano febbre, nausea, vomito,
diarrea
 In alte concentrazioni,
sistemicamente 
 Sindrome da shock tossico
Vibrio cholerae
 Ingresso per os
 Localizzazione alla superficie della
mucosa dei villi intestinali
 Adesine
 Produzione di una esotossina binaria
 Intossicazione degli enterociti maturi, con
alterazione funzionale
 Patologia: diarrea, perdita di acqua e sali,
disidratazione
Tossina colerica
 Paradigma di tossina binaria
 5 monomeri B circondano un monomero A
 Le parti B, reagendo coi recettori specifici,
modificano allostericamente il complesso,
traslocando attraverso la membrana cellulare
il polipeptide A, che si scinde in A1 ed A2. Il
frammento A1 è enzimaticamente attivo;
ADP-ribosilante per una proteina di
membrana che controlla l’AMP ciclasi
Meccanismo di azione della tossina
colerica
LA TOSSINA COLERICA
INDUCE UNA NOTEVOLE
QUANTITA’ DI AMP-ciclico
NELLE CELLULE DELLA
MUCOSA INTESTINALE
(intestino tenue) E
PROVOCA UNA
PERTURBAZIONE NEL
PASSAGGIO DI ACQUA ED
ELETTROLITI CHE SI
TRADUCE NELLA PERDITA
DI ACQUA VERSO IL LUME
INTESTINALE CON LA
CONSEGUENTE DIARREA E
DISIDRATAZIONE
DELL'ORGANISMO.
Meccanismo di azione della tossina colerica
Tossina colerica
Il frammento A1, in presenza di NAD, catalizza l’aggiunta di
ADP-riboso (ADPR) alla proteina accettrice di GTP che
attiva l’adenilato ciclasi.
L’enzima attivato, in presenza di ATP e Mg++, catalizza la
formazione di cAMP che ha una serie di effetti su diversi
tessuti intervenendo nella regolazione degli scambi idrici.
TOSSINE PANTROPE
LA TOSSINA DIFTERICA E’, TRA QUESTE TOSSINE, QUELLA
MEGLIO CONOSCIUTA NEL MECCANISMO D’AZIONE.
 E’ COSTITUITA DA UNA CATENA POLIPEPTIDICA CON DUE
PONTI DISOLFURICI.
 LA MOLECOLA PUO’ ESSERE TAGLIATA DA SPECIFICHE
PROTEASI IN DUE FRAMMENTI, IL FRAMMENTO A ED IL
FRAMMENTO B.
 IL FRAMMENTO B REAGISCE CON RECETTORI PRESENTI ALLA
SUPERFICIE CELLULARE ED ATTRAVERSO UN PROCESSO
LENTO ED IRREVERSIBILE SI LEGA ALLA PARTE IDROFOBA
DELLA MEMBRANA IN PROSSIMITA’ DEL RECETTORE,
PENETRANDO IN PARTE LA MEMBRANA IN CUI CREA UN
CANALE ATTRAVERSO IL QUALE IL FRAMMENTO A PENETRA
ALL’INTERNO DELLA CELLULA SI DISTACCA DAL FRAMMENTO
B E DIVIENE ENZIMATICAMENTE ATTIVO.
Corynebacterium diphteriae
 Ingresso per os
 Localizzazione dell’infezione alla
mucosa dell’anello oro-faringeo
 Infiammazione fibrinosa, con formazione
di pseudomembrane [ difterite]
 Produzione di una potente esotossina, che
intossica organi e tessuti nobili
Difterite
 Per lo più, localizzazione all’orofaringe
 A volte: localizzazione laringea =
croup
 Grave, per occlusione vie aeree
 Anche: localizzazione cutanea
A parte il croup, la gravità della malattia è
dovuta alla intossicazione: la terapia
efficace è quella antitossica, non tanto
quella antibiotica
Meccanismo d’azione della tossina difterica

Polipeptide unico, viene
scisso in due frammenti [A
e B] uniti da ponte S-S

A penetra nel citosol dopo
che B ha reagito col
recettore; ADP ribosila il
fattore di allungamento
[EF2] che nella cellula
eucariotica interviene nella
biosintesi della catena
polipeptidica a livello della
traslocazione sul ribosoma,
bloccando le sintesi
proteiche
Struttura della tossina
difterica
Gli anticorpi contro
il frammento A sono
in grado di
neutralizzare
l’attività enzimatica
(in vitro) della
tossina ridotta ma
non sono in grado di
neutralizzare
l’azione tossica in
vivo, attività questa
che è posseduta
dagli anticorpi
contro il frammento
B che sono gli unici
ad impedire il
legame della tossina
alla cellula
Tossine ADP ribosilanti
Il processo della
ribosilazione
consiste
nell’aggiunta di un
riboso sulla
proteina bersaglio
attraverso una
molecola di NAD
Le principali tossine ADP ribosilanti sono la tossina difterica e la tossina
A di Pseudomonas aeruginosa
Esotossina A di Pseudomonas
aeruginosa
 Ha meccanismo di azione
analogo a quello della tossina
difterica
 Frammento A ADP ribosila l’EF2
delle cellule che hanno il
recettore per il frammento B
Tossina di Shiga o
Verocitotossina
 Prodotta da Shigella disenteriae e da
alcuni ceppi di E. coli
 Azione analoga a quella della
ricinotossina
 Modificazione enzimatica del 28S RNA e
blocco delle sintesi proteiche
 Svelabile per l’azione su cellule Vero
Tossina Shiga : potente esotossina ad azione citolitica
• 1 subunità A
• 5 subunità B
Blocco del legame
EF-1
dipendente
dall’aminoacil-tRNA
al ribosoma
1
Ciò previene il legame
dell’aminoacil-tRNA ed
interrompe la sintesi proteica
•Le subunità B si legano
ad un glicolipide globotriosilceramide(Gb3)
della cellula ospite
favorendo il trasferimento
della subunità A
all’interno della cellula
La subunità A taglia
l’rRNA 28S della
subunità ribosomiale
60S
Endotossine
LE ENDOTOSSINE BATTERICHE SONO
RAPPRESENTATE DALLA COMPONENTE
LIPOPOLISACCARIDICA DELLA MEMBRANA
ESTERNA TIPICA DEI BATTERI GRAMNEGATIVI LA CUI STRUTTURA E’ UGUALE IN
TUTTE LE SPECIE, IL CHE SPIEGA PERCHE’
IN TUTTE LE INFEZIONI DA GRAMNEGATIVI ESISTANO UNA SERIE DI
SINTOMI COMUNI.
Superficie di Gram- negativo
Superficie di Gram-negativo
Antigene flagellare
Escherichia coli O157 O157:H7
Antigene somatico

ANTIGENE O
catena terminale
polisaccaridica,
composta
da
sequenze
oligosaccaridiche ripetute che, differendo nei
diversi
batteri,
sono
responsabili
della
specificita’ antigenica;

CORE
di natura polisaccaridica con
composizione abbastanza costante in tutti i
batteri Gram-negativi;

LIPIDE A
responsabile dell’azione tossica del
lipopolisaccaride. E’ formato da uno scheletro di
diglucosamina unita mediante legami -1,6, cui
sono legati una serie di acidi grassi (capronico,
laurico, miristico, palmitico e stearico) che
possono presentare qualche differenza nelle
diverse specie batteriche; è in genere unito al
core
mediante
tre
unità
di
KDO
(chetodeossizucchero), molecola che si ritrova
solo nei batteri.
Schema di LPS (1)
Schema di LPS (2)
Schema di LPS (3)
Interazione dell’LPS con il complesso
CD14/TLR4
L’LPS legato alla
proteina sierica LBP
interagisce con
CD14/TLR4 e stimola
l’attivazione di diversi
pathway di
trasmissione
intracellulare del
segnale di attivazione
Principali attivita’ della
endotossina (lipide A)
 Pirogenicità
 Lesioni vascolari (necrosi degli endoteli)
 Attivazione dei sistemi della coagulazione
 Induzione della produzione di chinine
 Attivazione della via alternativa del Complemento
 Trombocitopenia
 Neutropenia iniziale seguita da granulocitosi
 Stimolazione alla produzione di CSF e conseguente aumento dei
monociti
 Induzione di prostaglandine
 Iperglicemia seguita da ipoglicemia
 Induzione di interferone
 Reazioni (locale e generalizzata) di Schwartzman
EFFETTI DELL'ENDOTOSSINA
RUOLO DELL'ENDOTOSSINA NELLO SHOCK ENDOTOSSICO
Shock endotossico: Shock endotossico: grave quadro clinico che può accompagnare le setticemie da
batteri Gram- caratterizzato da febbre, ipotensione, acidosi, insufficienza renale e respiratoria e
nelle fasi finali da CID ed insufficienza d’organo. Frequenza: 1% dei pazienti ospedalizzati sviluppa
sepsi; 20-30% nei reparti di terapia intensiva. Esito fatale: 40-60% dei pazienti, nonostante
terapie antibiotiche