Lezione G Flashcards
Cosa definisce la patogenicitá di un microrganismo ?
La PATOGENICITA’ quindi indica la capacità di un certo microrganismo (virus o batterio) di invadere un tessuto dell’ospite e moltiplicarsi in esso danneggiandone le funzioni vitali attraverso componenti strutturali o attraverso la produzione di specifiche molecole. Queste molecole sono chiamate TOSSINE o veleni batterici e possono essere di natura proteica oppure lipopolisaccaridica.
Ne consegue che definizioni intrinseche al concetto di patogenicità sono: VIRULENZA (o invasività): indica la capacità di moltiplicazione in vivo. TOSSIGENICITA’: indica la capacità del microorganismo di riuscire a sintetizzare ed in alcuni casi rilasciare nell’ambiente circostante specifiche sostanze dannose per l’ospite.
Come possono essere suddivisi i microrganismi in base al rapporto che instaurano con l’ospite ?
La maggior parte dei microorganismi presenti in natura, a seconda del rapporto instaurato con l’organismo ospite, può essere suddivisa in diversi gruppi:
SAPROFITI: ne fanno parte batteri e virus i quali hanno come habitat naturale l’ambiente esterno quindi utilizzano come fonte di carbonio e idrogeno la materia inanimata. Questi microorganismi sono importanti per quanto riguarda il mantenimento di diversi ecosistemi. La flora che ricopre la superficie corporea appartiene a questo gruppo. COMMENSALI: microorganismi che convivono con l’ospite e non comportano né un vantaggio né uno svantaggio per quest’ultimo. La flora endogena intestinale è costituita da commensali ed ha una funzione molto importante anche nel mantenimento delle funzioni dell’organismo. PARASSITI: sono tutti i microorganismi che vivono a spese di organismi superiori e possono arrecarvi danno. Un ulteriore classificazione dei parassiti distingue quelli patogeni da quelli opportunisti. Questi ultimi sono in grado di creare un danno solo in presenza di determinate condizioni che gli siano particolarmente favorevoli. Una condizione di questo tipo si verifica quando determinati virus o batteri riescono ad attaccare soggetti “immuno- compromessi” dove la mancata (o inefficace) risposta immunitaria facilita l’instaurarsi di un processo morboso. I parassiti patogeni invece hanno la capacità di invadere tessuti di un organismo superiore, di moltiplicarsi in esso e creare danno, più o meno grave, grazie anche a peculiari strutture di superficie o alla produzione di particolari sostanze.
Quali sono le fasi del processo batterico ?
Per comprendere il concetto di microorganismo patogeno è necessario analizzare le varie fasi del processo patogenetico:
- L’ADESIVITA’ (batterica) con ciò si intende la capacità del microorganismo di invadere le mucose dell’organismo dopo aver oltrepassato le barriere fisiche. Questo è reso possibile dalla presenza di peculiari strutture sulla superficie del batterio come le “adesine” oppure la stessa capsula batterica. La capsula infatti è un involucro di natura lipolisaccaridica che oltre ad avere una funzione anti-fagocitaria può momentaneamente inibire il movimento delle ciglia con la sua componente “ciglio-statica” favorendo in tal modo l’adesione del microorganismo alla cellula bersaglio.
- L’INVASIONE dei tessuti dell’ospite è la seconda fase del processo di patogenesi, il momento in cui il patogeno riesce (o prova) a diffondere nei tessuti sottomucosi da dove può raggiungere il torrente ematico che potrà utilizzare sia come fonte di sostentamento , ricavandone i nutrienti necessari alla sua moltiplicazione, sia come mezzo per poter diffondere a livello sistemico.
- La terza fase è rappresentata dalla produzione di molecole in grado di modificare l’ambiente tissutale circostante. I secreti possono anche essere di natura enzimatica come nel caso degli stafilococchi: questi batteri sintetizzano e secernono nell’ambiente che li circonda alcuni enzimi che ne favoriscono sia la colonizzazione della sede anatomica dove si trovano che la degradazione di tutti quei nutrienti di cui hanno bisogno per moltiplicarsi.
- Un ulteriore momento della patogenesi è quello in cui il parassita elude le difese immunitarie dell’ospite attraverso l’attuazione di svariati meccanismi. Un elemento strutturale che ha queste caratteristiche, come detto in precedenza, è la capsula con la sua funzione anti-fagocitaria; diversamente gli stafilococchi riescono ad eludere i meccanismi di killing intracellulare ossigeno-dipendenti producendo appositi enzimi: le catalasi batteriche.
- Infine alcuni microorganismi sono in grado di produrre specifiche molecole di diversa natura chiamate TOSSINE le quali sovvertono il normale funzionamento della cellula bersaglio andando a favorire la moltiplicazione dell’invasore.
Come possono essere suddivise le tossine batteriche ?
Le tossine batteriche possono essere suddivise in due gruppi: 1. ESOTOSSINE 2. ENDOTOSSINE.
Le esotossine sono molecole di natura “proteica” che vengono sintetizzate e riversate nell’ambiente limitrofo da batteri sia gram-positivi che gram-negativi.
Le endotossine invece sono una peculiare componente strutturale dei batteri gram-negativi; infatti ciò che differenzia queste due classi di batteri (oltre al numero di involucri che possiedono) è la membrana esterna che nel caso dei gram-negativi presenta LPS (lipopolisaccaride).
Quali sono le tre porzioni dell’LPS ? Qual’è la sua componente endotossica ? Quale porzione viene riconosciuta dal sistema immunitario ?
Il lipopolisaccaride è suddiviso in tre porzioni (dall’interno verso l’esterno):
1. Lipide A (la parte responsabile del danno all’ospite)
2. Core
3. Antigene O (la parte deputata al riconoscimento anticorpale).
La componente endotossina dell’ LPS è rappresentata dal lipide A, quindi NON è l’intero LPS l’endotossina ma soltanto una delle sue componenti. L’antigene O invece ha la funzione di stimolare il sistema immunitario, è la porzione che viene riconosciuta dal sistema come non-self.
Con che meccanismo d’azione l’endotossina esplica la sua patogenicitá ?
L’LPS una volta liberato nel torrente ematico viene catturato da specifiche proteine secrete dal fegato le quali si trovano in circolo: sono le proteine LBP (lps beinding protein), queste proteine hanno la funzione di veicolare l’LPS verso i macrofagi. I macrofagi sono le cellule dell’immunità innata le prime cellule che vengono a contatto con componenti non-self eventualmente presenti nel nostro organismo; sulla superficie dei macrofagi sono presenti dei recettori che nel caso specifico dell’LPS sono i recettori cd14 in collaborazione con il fattore toll like 4. Questo toll like 4 fa parte di una famiglia di recettori dell’immunità innata la cui funzione è quella di innescare quelle risposte che stanno a valle di questo tipo di immunità.
L’LPS infatti, veicolato dalla proteina LBP va ad interagire con i recettori cd 14; il cd14 però non può inviare il segnale di aver legato l’LPS direttamente al nucleo perché non ha una porzione trans membrana, si può dire che il cd14 è un recettore limitato soltanto alla superficie. Proprio per questo motivo interviene il toll like 4 che tramite una serie di fosforilazioni invia il segnale dell’avvenuto segnale dell’LPS al nucleo. Il passaggio dell’informazione al nucleo è fondamentale per poter dare successivamente inizio alla trascrizione ed alla traduzione di geni dovuti alla presenza dell’LPS (ad esempio le citochine TNFα ed EL1 che vengono prodotte dai linfociti T e servono per avviare la risposta infiammatoria ed anche al differenziamento degli altri linfociti). La finalità della liberazione dell’LPS nel torrente ematico è sempre la sopravvivenza del patogeno a discapito dell’ospite eludendo per quanto possibile il sistema immunitario.
Perché molto spesso è necessario che il sistema immunitario effettui una down-regolazione della risposta al LPS ?
Alcuni meccanismi inoltre sono preposti alla down-regolazione della risposta all’LPS per evitare lo sviluppo di continue infiammazioni, questo perché batteri gram-negativi (in grado di liberare LPS) sono normalmente presenti a livello della mucosa intestinale come popolazione batterica residente. Alcuni studi dimostrano il coinvolgimento dell’iper attivazione dei toll like receptors in infezioni quali ad esempio: morbo di crhon, colite ulcerosa ecc.
Quali sono le caratteristiche generali delle esotossine ?
Per quanto riguarda invece le esotossine, si tratta di molecole di natura proteica termolabili che possono essere distrutte dai succhi gastrici ad eccezione di: esotossina stafilococcica e dell’esotossina botulinica.
Quando l’esotossina è libera non riconosciuta da nessun anticorpo è in grado di andare a legare dei recettori di superficie della cellula, quando subentra anche l’anticorpo il sito di legame dell’esotossina viene occupato e ciò impedisce il legame cellula-esotossina. Le esotossine possono essere utilizzate per l’allestimento di vaccini se sottoposte a sistemi di denaturazione blandi (come ad esempio la formaldeide) grazie ai quali perdono la loro tossigenicità mantenendo inalterata la loro struttura. Gli effetti nocivi delle esotossine sono altamente specifici per il microorganismo che le sintetizza e le secerne (le esotossine) e l’intensità dell’azione tossica è maggiore rispetto alle endotossine. I microorganismi in grado di secernere esotossine sono molteplici a titolo d’esempio ricordiamo: bacillus antracis, cordotella perissi, tutte le classi di clostridium, bacillus perfigens ecc…
Quale sono le principali differenze tra esotossine ed endotossine ? I batteri Gram-negativi possono secernere esotossine ?
Tabella Pag 6
Come possono essere suddivise le esotossine ?
Le esotossine possono essere suddivise in:
1. Tossine citolitiche (ad es. emolisine).
2. Tossine neurotrope (es. tossina tetanica e tossina botulinica).
3. Enterotossine (vibrio-colera ed escherichia coli).4. Tossine pantrope (sono quelle il cui tropismo è rivolto ai tessuti, ad esempio: tossina difterica, shighella).
Una ulteriore suddivisione delle esotossine può essere ottenuto in base al meccanismo d’azione che presentano. Distinguiamo in questo modo tre gruppi di tossine:
1. Al primo gruppo appartengono tutte quelle tossine che esplicano il meccanismo d’azione andando ad interagire con specifici recettori di superficie.
2. Altre esotossine invece sono in grado di agire solo se riescono a penetrare all’interno della cellula bersaglio.
3. Un ultimo gruppo è costituito da tossine che agiscono dopo essere state iniettate all’interno della cellula ospite.
Che caratteristica hanno in comune le tossine Rtx, esfoliantiva ed emolitica ? Descrivile.
Tra le esotossine che agiscono a livello delle strutture membranose delle cellule bersaglio (1° gruppo) possiamo menzionare:
La tossina esfoliativa: sintetizzata e secreta dallo stafilococco aureus, Le tossine emolitiche tra cui ricordiamo l’emolisina α secreta sempre da stafilococco aureus, Le tossine RTX secrete da escherichia coli e (proteus vulgaris).
1) Le tossine rtx sono caratterizzate dalla presenza, alla loro estremità carbossi-terminale, di un gruppo di “glicine”. La funzione di queste glicine è quella di legare ioni (intracellulari) e di portare alla formazione di pori sulla membrana andando ad alterare l’omeostasi intracellulare determinando la morte della cellula.
-La tossina esfoliativa (o epidermiolitica), sintetizzata e secreta da Stafilococco Aureus, è la tossina responsabile della “sindrome della cute pseudo-ustionata” patologia che colpisce in modo particolare neonati, bambini e soggetti immunocompromessi. Questa tossina è costituita da due sub-unità, viene infatti chiamata tossina binaria o dimerica , la parte che presenta attività tossica è la sub-unità A che essendo una proteasi va a distruggere le proteine di giunzione cellulare a livello del derma. In questo modo vengono a mancare i desmosomi (e gli altri tipi di giunzione presenti a questo livello) le cellule si spaccano e ciò si manifesta macroscopicamente con il distaccamento di ampie porzioni di pelle anche a seguito di traumi molto lievi.
-La tossina emolitica (anche detta emolisina o citolisina), tossine di questo tipo vengono prodotte principalmente da batteri gram-positivi e sono caratterizzate dalla presenza di gruppi –SH (tiolici) che sono importanti per la loro attività tosssica; attività che si manifesta SOLO se polimerizzano a livello delle membrane cellulari dove formano dei veri e propri tubuli inducendo in questo modo l’alterazione dell’omeostasi intracellulare. Un esempio di tossina emolitica è quello della citolisina stafilococcica, infatti, l’α-tossina dello stafilococco Aureus ha un’azione citolitica nei confronti di: eritrociti, monociti, linfociti, piastrine e cellule endoteliali. Come detto sopra l’attività tossica si presenta solo nel momento in cui questa proteina forma delle strutture tubulari, polimeriche, nello strato della membrana plasmatica; vengono così formati dei pori (sulla membrana) dai quali fuoriescono ioni e ciò si traduce sempre in un’alterazione dell’omeostasi intracellulare e conseguente morte (cellulare).
Cosa hanno in comune le tossine citolotiche e le emolisine-beta ? Descrivile ?
Altre esotossine, sempre tra quelle che agiscono sulla superficie di membrana presentano una attività intrinseca enzimatica (cioè si comportano come enzimi), comprendono:
• Le tossine citolitiche di Clostridium Perfigens.
• L’ emolisina-β di Stafilococco Aureus.
Queste tossine fondano il loro meccanismo patogenetico sulla possibilità di agire come enzimi. Il Clostridium Perfigens, ad esempio, dopo aver sintetizzato e rilasciato la sua tossina, la citolisina-α, induce la morte cellulare grazie all’azione fosfo-lipasica della tossina stessa. Quest’ultima infatti è una fosfo-lipasi il cui bersaglio principale è la “fosfatidil-colina” presente a livello delle membrane plasmatiche delle cellule eucaristiche in modo da avere la distruzione del doppio strato lipidico. L’emolisina-β è una fosfolipasi C che agisce principalmente sulla superficie degli eritrociti i quali diventano delle strutture instabili che, in particolari condizioni (abbassamento repentino della temperatura a valori al di sotto dei 10°C o in presenza di un fattore chiamato gAMP), possono andare incontro a lisi.
Quali sono le emolisine che possono essere prodotte di S. Aureus ?
Gli stafilococchi sono quindi in grado di produrre tre diversi tipi di emolisina (α, β, γ); nel caso dell’emolisina-α l’emolisi degli eritrociti coinvolti è parziale e questo comporta la formazione di un alone di inibizione (degli eritrociti) solo parziale cosa che invece non si verifica con l’emolisina-β dove l’inibizione è completa. L’emolisina-γ infine non è responsabile di nessuna forma di emolisi.
Quali sono le caratteristiche delle tossine che agiscono a livello citoplasmatico ? Come interferiscono col normale funzionamento della cellula ?
Un secondo gruppo di esotossine comprende tutte le tossine che agiscono solo se introdotte nella cellula all’interno del compartimento citoplasmatico. Si tratta generalmente di molecole di natura proteica dimeriche cioè presentano due sub-unità. Abbiamo:
➢ la sub-unità A: rappresenta la porzione tossica della proteina, quella che viene liberata e va ad agire all’interno della cellula.
➢ la sub-unità B: dove B sta per beinding protein quindi è la porzione necessaria al legame della tossina sulla superficie della cellula e permette l’entrata della componente tossica nella cellula. Queste proteine vengono anche chiamate binarie oppure di tipo A-B e la loro azione patogena si esplica andando a modificare all’interno della cellula la normale regolazione genica. In una prima fase quindi è necessario il legame di questa proteina con specifici recettori che nella maggior parte dei casi sono di natura glicolipidica (o glicoproteica). A legame avvenuta si ha l’internalizzazione dell’esotossina processo che può avvenire: o tramite l’azione di specifici enzimi oppure in seguito alla formazione di vescicole di endocitosi mediata da recettore (in questo caso è la componente A che viene racchiusa nella vescicola e trasportata all’interno).
Con quali meccanismi l’esotossina altera l’equilibrio intra-cellulare ?
Le reazioni catalizzate dalla componente A della tossina all’interno del citoplasma sono per lo più di tipo enzimatico e generalmente sono atte ad alterare il signaling della “trascrizione genica”. Tra i meccanismi è importante ricordare:
a. La destrutturazione dei segnali che regolano la produzione di cAMP.
b. L’inattivazione delle proteine chinasi mediatori delle vie di trasduzione del segnale.
c. Alterazione del flusso di vescicole contenenti neurotrasmettitori
d. Blocco dell’apparato di sintesi proteica cellulare.
e. Alterazione delle componenti strutturali del citoscheletro.
