In Natura si distingue:

1. In Natura si distingue: Vita saprofita: nell’ambiente a spese di materiale inanimato Vita parassitaria: a carico di organismi superiori Parassiti Obbligati Facoltativi (Maggioranza dei batteri) (Minoranza) 1

2. Parassiti Rapporti tra batteri e ospite: Commensali (indifferenti) Simbionti (utili) Opportunisti (talvolta possono dare malattia) Patogeni (nocivi) (moltiplicazione in vivo e tossigenicità) 2

3. Popolazione microbica normale Esistono due gruppi di PMN: residente transito 1) Competizione con nutrienti (interferenza) 2) Competizione con i recettori sulle cellule (tropismo) 3) Produzione di batteriocine 4) Produzione di acidi grassi o altri metaboliti (anaerobi) 5) Continua stimolazione del sistema immune (macrofagi) 6) Stimolazione di fattori immuni protettivi (Ig) 3

4. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Microrganismi acquisiti dalla nascita subiscono modifiche in numero e specie lungo tutto il decorso della vita Dipendono da • fattori genetici • abitudini alimentari e igieniche • situazioni di stress • fenomeni psicosomatici • età 4

5. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Residenti, o popolazione microbica normale rappresentano circa l’1% del peso corporeo. 10 volte il numero totale delle cellule somatiche Intestino: più di 500 (1000) specie diverse di batteri molte delle quali non coltivabili con le metodiche tradizionali Si stima che circa il 60% del materiale fecale sia costituito da batteri. 5

6. PMN Cute Cavità orale e prime vie aeree Tratto intestinale Uretra Vagina Occhio 6

7. PMN Cute PM transitoria Pieghe cutanee Secrezioni sebacee Sudorazione e lavaggi Disinfezione Medicazioni occlusive 7

8. PMN cavità orale Sterile alla nascita 4-12 ore dopo si stabiliscono i viridanti (madre) Seguono stafilococchi, anaerobi, neisserie, moraxelle, difteroidi. Eruzione dei denti: spirochete anaerobie, prevotelle, fusobatteri, capnocytophaga Actinomyces tonsille e gengive degli adulti Miceti: Candida 8

9. PMN vie respiratorie Faringe e trachea simili alla cavità orale Bronchi pochi batteri Bronchioli e alveoli sterili 9

10. PMN vie respiratorie 10

11. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE La popolazione microbica dell’apparato gastro-enterico è stata definita come "un insieme di microrganismi presenti nel lume intestinale i quali, se convivono in un determinato equilibrio contribuiscono allo stato di salute dell'ospite" 11

12. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Nello stomaco vi è un alto grado di acidità e il numero dei microrganismi non supera le mille unità, mentre nell'ileo la concentrazione aumenta arrivando nel colon a 1011-1012 batteri per g 12

13. PMN intestinale pH acido Duodeno: 103-106/gr Digiuno-ileo: 105-108/gr Cieco-colon trasverso: 108-1010/gr Sigma-retto: 1011/gr antibiotici basico 13

14. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Anche il numero e il tipo di specie di microorganismi varia con il variare del sito anatomico 14

15. PMN intestinale 15

16. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Portano milioni di geni (5), un numero di gran lunga superiore ai 20.000 stimati del genoma umano. Una gran varietà di composti che possono essere metabolizzati (è un organo aggiunto, bioreattore) Quando varia, si modifica anche l'assorbimento dei nutrienti Obesi e magri hanno profili batterici radicalmente diversi nei loro intestini 16

17. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE La degradazione nell’intestino crasso, in particolar modo della lignina e della cellulosa, è incompleta portando a particelle di fibre vegetali che persistono fino all’intestino distale dove possono esercitare un ruolo che favorisce il processo di eliminazione delle feci 17

18. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE E’ importante il ruolo dei batteri intestinali nella sintesi e nell'utilizzo delle vitamine. B1, B2, B6, B12, PP, H, acido pantotenico e acido folico. La vitamina K viene sintetizzata dall'Eucobacterium lentum che modifica degli steroidi a livello intestinale I germi intestinali interagiscono con gli acidi biliari. 18

19. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Gli acidi biliari derivano dal metabolismo del colesterolo nel fegato, coniugati con glicina ed eliminati con la bile. Il metabolismo degli ormoni steroidei (androgeni, estrogeni e corticosteroidi) avviene nel lume intestinale attraverso varie reazioni chimiche Gli ormoni steroidei vengono modificati a livello del fegato ed escreti con la bile. Nell'intestino verranno deconiugati e sottoposti alle modificazioni enzimatiche per poi ritornare al fegato attraverso la vena porta. 19

20. POPOLAZIONE MICROBICA INTESTINALE A questo livello vi è una barriera protettiva costituita da uno strato di muco denso che contiene IgA secretorie, peptidi antimicrobici e anche complessi giunzionali che tengono unite le cellule epiteliali adiacenti in modo da regolare la permeabilità del tessuto intestinale e impedire che i microrganismi lascino questa sede 20

21. POPOLAZIONE MICROBICA NORMALE Gli enterociti esprimono recettori PAMP (pathogen-associated molecular pattern), comprese le proteine denominate TLR e NOD. Questi recettori captano la presenza di componenti batterici presenti e conservati in diverse specie microbiche e possono dare inizio ad una cascata pro infiammatoria per la difesa. I batteri possono presentare sulla superficie esterna delle strutture che sono individuate dalle cellule epiteliali e dalle cellule del sistema immunitario 21

22. The commensal microbiota, intestinal epithelial cells, and intestinal immune cells engage in a complex crosstalk. Epithelial cells, M cells, and dendritic cells (DCs) can directly sense and sample the intestinal contents and communicate information about the microbiota to other subsets of immune cells. Toll-like receptors, expressed by epithelial cells, M cells and DCs, and NOD-like receptors, are classes of microbe-sensing molecules. Cytokines, chemokines, and host and microbial metabolites are key molecular mediators of intestinal homeostasis that influence responses of both host and microbe. l 22

23. PMN vagina Alla nascita pH acido: lattobacilli Dopo alcune settimane fino a pubertà pH neutro: PMN mista cocchi e bacilli Pubertà pH acido: lattobacilli Dopo la menopausa pH neutro: PMN mista cocchi e bacilli IMPORTANTE IL LIVELLO DEGLI ESTROGENI 23

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26. Batteri a circolazione interumana: Infezioni esogene ed endogene Portatore sano 26

27. Possibili vie d’accesso per i microorganismi Canali naturali Vie respiratorie tratto gastro-enterico genito-urinario 27

28. Possibili vie d’accesso per i microorganismi 28

29. Possibili vie d’accesso per i microorganismi Canali occasionali Inserzioni di: cateteri (urinari, vascolari ecc.) tubi per ventilazione sondini di drenaggio Somministrazione di farmaci che deprimono la risposta immunitaria o che alterano il microambiente di alcuni distretti dell’organismo (es. antiacidi) interruzioni dell’integrità della superficie della mucosa e della pelle 29

30. Meccanismi di difesa naturale e barriere L’ambiente in vivo è molto sfavorevole per i batteri: pH, T, O2, flusso dei liquidi organici, cellule ciliate, macrofagi, integrità e composizione biochimica dei tessuti, infiammazione, febbre Strato corneo della pelle 30

31. Colonizzazione della cute e delle mucose Meccanismi di difesa naturale e barriere Mucose: muco, lisozima, IgA, epiteli ciliati, movimento del contenuto del lume del canale mucoso (intestino, uretra)… PMN residente Cellule di sfaldamento 31

32. Meccanismi di difesa naturale Fagocitosi Funzioni dei fagociti: chemiotassi, ingestione e uccisione. I batteri elaborano sostanze che attraggono i fagociti, la fagocitosi è favorita dalle opsonine-anticorpi che rivestono la superficie batterica a) l’anticorpo agisce da opsonina b) l’anticorpo + antigene attiva il complemento c) opsonine possono essere prodotte da sistemi termolabili che attivano il complemento La fagocitosi richiede consumo di energia. E’ posseduta dai granulociti e macrofagi, il meccanismo non è del tutto noto, è stato osservato un aumento della produzione di acqua ossigenata e liberazione di lisozima nei vacuoli (fagosoma, proteine antibatteriche, lisozima, pH, fosfatasi, lactoferrina, perossidasi) 32

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34. Strategie batteriche Resistenza al sistema immune (fagocitosi, Ig) Variazione antigenica (shift) Inibizione della fusione lisosomiale Elusione dei lisosomi e moltiplicazione nel citoplasma Produzione di catalasi che scinde lo ione superossido Resistenza agli enzimi lisosomiali Produzione di IgA proteasi 34

35. Strategie batteriche Resistenza al sistema immune (fagocitosi, Ig) La resistenza ai macrofagi può aversi mediante: 1. produzione di leucocidine che uccidono i macrofagi 2. capsula che impedisce la fagocitosi 3. produzione di superossidismutasi che sequestra l’ossigeno che serve ai macrofagi per la produzione di ATP che è necessario per la fagocitosi 4. mimetismo antigenico 35

36. Mimetismo antigene È la presenza di componenti strutturali che presentano notevoli analogie di composizione con materiali presenti nei tessuti dell’organismo ospite che vengono quindi difficilmente individuati come non-self 36

37. Mimetismo antigene S.pyogenes possiede diversi materiali antigenici (proteina M, antigeni di membrana, carboidrati di gruppo) che presentano analogie molecolari ed antigeniche con strutture molecolari presenti nel miocardio, cute, nell’encefalo e nelle articolazioni e la risposta autoimmune che si mette in opera durante l’infezione da S. pyogenes, potrebbe rappresentare un elemento di rilievo nella patogenesi della febbre reumatica a della cardiomiopatia reumatica. 37

38. Mimetismo antigene Le Chlamydie presentano negli involucri esterni alcune proteine ricche in cisteina che hanno analogie antigenetiche con la catena pesante dell’alfa-miosina specifica del muscolo cardiaco ed è stata quindi ipotizzata una base autoimmune nella patologia cardiaca correlata alla infezione di Chlamydia (C. pneumoniae soprattutto). 38

39. Molecular mimicry by Neisseria meningitidis. a | Glucose catabolism in N. meningitidis proceeds by the Entner–Doudoroff pathway and lactate catabolism feeds directly into the sialic acid pathway. Note the relative number of metabolic steps from glucose to phosphoenolpyruvate compared with that from lactate to phosphoenolpyruvate. b | Sialylated lipopolysaccharide (LPS) on the N. meningitidis surface mimics the surface of eukaryotic cells, preventing deposition of the complement molecule C3. Inactivation of the lactate permease gene lctP results in C3-mediated cell lysis. 40

40. Quando un microorganismo invade l’ospite E’ in grado di superare le difese di un individuo sano PATOGENO Sfrutta alcune situazioni di debolezza dell’ospite OPPORTUNISTA 42

41. Attributi dei microorganismi che causano malattia Abilità di causare malattia o produrre lesioni progressive (Patogenicità) Grado di patogenicità, ovvero, malattia causata anche da batteri in numero piuttosto limitato (Virulenza). Queste proprietà possono essere suddivise in tossicità: abilità nel produrre sostanze tossiche ed invasività: abilità nel penetrare i tessuti e di diffondere. Molti di questi caratteri sono controllati da plasmidi. 43

42. Isole di patogenicità (PAI) I geni per i fattori di patogenicità, soprattutto se localizzati a livello cromosomico, possono essere (Gram-) riuniti in segmenti di DNA: PAI I PAI probabilmente sono segmenti di DNA acquisiti orizzontalmente che differenziano i batteri che li posseggono dagli altri della stessa specie 44

43. Infezione L’infezione è il processo attraverso il quale un microorganismo entra in relazione con l’ospite 45

44. Infezioni Monomicrobica: un singolo patogeno Polimicrobica: da più patogeni aerobi o anaerobi Mista: aerobi ed anaerobi insieme Comunitaria: acquisita in ambiente non ospedaliero Nosocomiale: acquisita dopo 72 ore dal ricovero 46

45. Fasi di una proliferazione batterica 1) Adesione 2) Invasione 3) Produzione di metaboliti (crescita) 4) Produzione di tossine: enzimi degradativi tossine tipo A-B 5) Endotossine 6) Induzione di infiammazione 7) Resistenza al sistema immune (fagocitosi, Ig) 8) Resistenza agli antibiotici 47

46. Fattori che caratterizzano un microorganismo patogeno Adesività mediata da strutture specializzate ac. lipoteicoici nei gram-positivi proteine nei gram-negativi (fimbrie, pili ecc.) produzione di capsula (slime) capacità biochimica di metabolizzare nelle condizioni nutrizionali fornite dai tessuti dell’ospite capacità di penetrare e moltiplicarsi in tessuti profondi (invasività) capacità di contrastare i meccanismi difensivi dell’ospite produzione di esotossine 48

47. Adesione Uno dei principali eventi che promuovono l’infezione. Il processo è mediato da strutture poste sulla superficie esterna dei batteri note come adesine, per esempio l’antigene K88 dell’Escherichiacoli enteropatogeno, gli acidi lipoteicoici (streptococchi) e altre. Le cellule epiteliali hanno a loro volta, come già detto, strutture che legano le adesine ad esempio fibronectina disposta sulla superficie dell’epitelio orale. (Batteri isogenici privi di adesine non danno infezione) 49

48. 3: Fase di adesione reversibile e irreversibile Perchè i batteri aderiscono? • I batteri non adesi verrebbero eliminati • Adesione: prima tappa della colonizzazione e della formazione del biofilm 50

49. Evidenze sperimentalidel ruolo dell’adesione nella colonizzazione • I batteri legano recettori isolati o analoghi dei recettori • L’adesina purificata o un suo analogo lega il recettore • L’adesione è inibita da: • Analoghi dei recettori e delle adesine • Enzimi che distruggono l’adesina o il recettore • Anticorpi specifici diretti contro l’adesina o il recettore 51

50. Cosa utilizzano i batteri per aderire? Adesine batteriche • Proteine espresse sulla superficie • Fimbrie • Glicocalice, Lipopolisaccaride (G-), Acidi teicoici (G+) • Enzimi • Enzimi batterici ancorano la cellula al substrato • Enzimi batterici possono esporre recettori criptici 52