ADESIONE BATTERICA

1. Interazione ospite-parassita:PATOGENESI BATTERICA ADESIONE BATTERICA

2. ESPOSIZIONE ADESIONE INVASIONE COLONIZZAZIONE CRESCITA TOSSICITA’ INVASIVITA’ DANNO AI TESSUTI Principali fasi del processo patogenetico

3. Proteine batteriche extracellulari che possono essere considerate INVASINE

4. L’ADESIONE DEI BATTERI ALLE SUPERFICI E’ LA PRIMA TAPPA PER LA COLONIZZAZIONE DELL’OSPITE Quindi è la prima tappa del processo infettivo

5. LA COLONIZZAZIONE BATTERICA La colonizzazione (capacità di invadere e moltiplicarsi) è la risultante dei meccanismi di virulenza che permettono al batterio di: 1. Aderire alle cellule dell’ospite; 2. Invadere i tessuti dell’ospite; 3. Resistere all’immunità innata; 4. Evadere l’immunità adattiva; 5. Competere per i nutrienti.

6. 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

7. COS’E’ UN PATOGENO ? MICRORGANISMO IN GRADO DI ADERIRE ED INVADERE I TESSUTI DELL’OSPITE E DI MOLTIPLICARVISI, DANNEGGIANDONE IL NORMALE FUNZIONAMENTO (MALATTIA) Patogeni Veri Inducono sempre una malattia in ospiti “normali” Non richiedono alcun fattore predisponente (Chlamydia, gonococco, influenza) B. Patogeni Opportunisti (o Occasionali) Inducono malattia solo in ospiti debilitati Alterazione dei meccanismi di difesa dell’ospite (Pseudomonas, enterococchi)

8. •Esposizione al patogeno (aria, acqua, cibo, contatto diretto, vettore) •Adesione alla pelle o alle mucose •Invasione attraverso l’epitelio. •Colonizzazione e crescita (e/o completamento del ciclo biologico) •Evasione delle difese immunitarie dell’ospite •Capacità di danneggiare l’ospite (tossicità). •Ritorno al serbatoio/diffusione

9. LE MALATTIE INFETTIVE AD ECCEZIONE DI QUELLE CAUSATE DALLA DIRETTA PENETRAZIONE DEI MICRORGANISMI ALL’INTERNO DEI TESSUTI O NEL TORRENTE CIRCOLATORIO, HANNO SEMPRE INIZIO CON LA COLONIZZAZIONE DEL BATTERIO PATOGENO, CIOE’ CON IL SUO INSEDIAMENTO SULLA CUTE O SULLE MUCOSE. • COLONIZZAZIONE TRANSIENTEquando il microrganismo viene eliminato senza interferire con l’ospite • COLONIZZAZIONE PERMANENTEseinvece i microrganismi proliferano ed invadono la superficie dell’organismo

10. Colonizzazione delle mucose Colonizzazione delle mucose Colonizzazione delle mucose Colonizzazione delle mucose Adesione

11. FATTORI DI ADESIONE BATTERICA (adesine)

12. Esempi di meccanismi di adesione batterica

13. PILI o FIMBRIE strutture proteiche (pilina), lineari, a centinaia intorno al batterio che favoriscono l’adesivita’ (nomi alternativi: lectine, evasine, aggressine)

14. Funzione dei pili: adesione Come fattore di adesivita’ le punte delle fimbrie contengono delle proteine (lectine) che legano specifici zuccheri (e.g., mannosio)

15. Adesività di E. coli alle cellule della mucosa urinaria Adesività di E. coli alle cellule della mucosa urinaria Adesività di E. coli alle cellule della mucosa urinaria Adesività di E. coli alle cellule della mucosa urinaria Adesività medianta da fimbrie

16. Adesine Proteine della superficie batterica che riconoscono recettori specifici presenti sulla superficie della cellula ospite

17. strato lasso, viscoso polisaccaridico o proteico che circonda i batteri gram+ e gram– Nel caso sia poco aderente e poco uniforme per densita’ e spessore, questo materiale e’ definto glicocalice Capsula e glicocalice

18. Capsula • All’esterno della parete cellulare • Ben definita: capsula • Non definita: glicocalice • generalmente polisaccaridica • Spesso assente in vitro • Presente in vivo e protettiva

19. Funzione capsula: adesione aspecifica In Streptococcus mutans permette di aderire e colonizzare lo smalto dentale ed innescare il processo cariogeno

20. BIOFILM Comunità di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica prodotta dalle stesse cellule e aderente ad una superficie inerte o vitale Comunità di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica prodotta dalle stesse cellule e aderente ad una superficie inerte o vitale Comunità di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica prodotta dalle stesse cellule e aderente ad una superficie inerte o vitale MICRORGANISMI-GLICOCALICE-SUPERFICIE

21. INFEZIONI BATTERICHE sostenute da VERI PATOGENI Vibrio cholerae, Yersinia pestis, Salmonella typhi,Shigella dysentereriae, Streptococcus pyogenes etc. • Presenti in forma PLANCTONICA: • Possono essere eradicate dagli antibiotici e prevenute dai vaccini INFEZIONI BATTERICHEsostenute da batteri dellaPOPOLAZIONE MICROBICA NORMALE • Organizzati nei tessuti in forma SESSILE sotto forma di BIOFILM • Spesso non sono eradicate dagli antibiotici

22. Microrganismi produttori di Biofilm • >50% delle infezioni sono sostenute da specie batteriche che sono nostri commensali o comuni microrganismi dell’ambiente quali: S. epidermidis e P. aeruginosa • S. epidermidis e P. aeruginosa causano infezioni croniche nel paziente compromesso molto spesso a causa del biofilm

23. Staphylococcus epidermidissulla superficie di un catetere

24. INFEZIONI NATURALI PRODOTTE DA BIOFILM • Carie dentale • Peridontiti • Colecistiti • Osteomieliti • Prostatite batterica • Endocarditi • Otite media • Sinusite • Esacerbazioni acute di bronchite Sostenute da: POPOLAZIONE MICROBICA SAPROFITICA Organizzati nei tessuti in forma:SESSILE sotto forma di: BIOFILM

25. Dove si forma il Biofilm? • Si sviluppa preferenzialmente su superfici inerti (protesi, cateteri) o tessuti morti, ma può formarsi anche su tessuti vivi (endocardite) • Si sviluppa lentamente e le infezioni correlate impiegano parecchio tempo a dare sintomi importanti

26. Composizione del Biofilm • Esopolisaccaridi di natura batterica e principalmente H2O • Matrice di natura anionica che cattura minerali e nutrienti dall’ambiente • Microrganismi appartenenti ad un’unica specie batterica o da più specie inclusi miceti.

27. Formazione del Biofilm Ogni cellula batterica adesa al biofilm forma una microcolonia che risulta tenacemente avvolta in una abbondante matrice adesiva extracellulare solitamente non prodotta in altre condizioni. • Attacco della cellula planctonica • Adesione reversibile ad una superficie biologica • Adesione irreversibile via ligandi specifici • Replicazione batterica • Secrezione di una matrice organica complessa • Interazione della matrice con i fluidi ambientali • Maturazione del biofilm TAPPE

28. Processo di adesione batterica • Superficie inerte: interazioni non specifiche ad es. idrofobiche, elettrostatiche • Tessuti: meccanismi molecolari, ligandi, lectine, adesine • Le forme planctoniche aderiscono in aggregati e l’adesione di una specie promuove l’adesione di altri batteri • Il passaggio dalla forma planctonicaa quella sessile potrebbe essere regolato geneticamente • le cellule si staccano dal biofilm in modo programmato

29. Processo di maturazione • Aumento complessità oltre ai batteri troviamo molecole organiche ed inorganiche dell’ambiente, proteine della risposta infiammatoria, proteine del complemento, fibrinogeno, fibronectina e glicosaminoglicani • Aumento della massa fino ad un punto di equilibrio dinamico con generazione di forme planctoniche e batteri morti nello strato più profondo del biofilm per mancanza di nutrienti, diminuito pH, pO2 e accumulo di metaboliti tossici

30. Fisiologia Del Biofilm • Le cellule sessili hanno accesso limitato a fonti energetiche e difficoltà ad eliminare le scorie cataboliche • Nello spessore del biofilm in formazionesi determinano condizioni di: PH, perfusione di ossigeno, osmolarità non omogenee • Raggiunta una massa critica viene stabilitoun equilibrio dinamico: • Dalla superficie si generano ondate planctoniche che migrano e colonizzano altre zone • Le cellule degli strati interni divengono QUIESCENTI • Il processo è regolato dal quorum sensing (Costerton, Nature, 2002)

31. Il processo è regolato dal Quorum Sensing • Quando la popolazione batterica raggiunge una concentrazione critica, unamolecola dà il segnale per lo sviluppo del biofilm • Nel biofilm i batteri continuanoa comunicare tra loro per controllare l’equilibrio del biofilm e la produzione di fattori di virulenza

32. Quorum Sensing I batteri hanno evoluto dei sistemi per “contarsi” ed esprimere determinati geni solo quando la loro popolazione raggiunge una determinata dimensione, ovvero un “quorum”. Questo fenomeno consente a tutte le cellule di una popolazione microbica di regolare, in modo coordinato, l’espressione di una serie di geni in funzione della densità della popolazione stessa. Si attua mediante la produzione, secrezione e percezione di molecole segnale specifiche.

33. Biofilm e Immunità • Le cellule sessili rilasciano Antigeni che stimolano la produzione di Anticorpi, ma gli Ac non riescono ad uccidere i batteri all’interno del biofilm Ciò può determinare danno da immunocomplessi nel tessuto circostante • Anche nel paziente con eccellente risposta immunitaria cellulare e umorale le infezioni da biofilm sono raramente risolte dai soli meccanismi di difesa dell’ospite • Resistenza alla fagocitosi • Inibizione dell’attività del complemento

34. Biofilm e Terapia antibiotica • La terapia antibiotica riduce i sintomi causati dalle forme planctoniche rilasciate dal biofilm, ma non riesce ad uccidere le forme sessili • Le infezioni da biofilm tipicamente danno recidive dopo trattamento antibiotico finchè la popolazione sessile non è rimossa chirurgicamente

35. Biofilm: resistenza agli antibiotici 1-inattivazione dell’antibiotico I batteri all’interno del biofilm possono continuare a produrre enzimi inattivanti 2-impermeabilità L’antibiotico non riesce a superare la barriera del biofilm 3- condizioni fisiologiche alterate La ridotta velocità di replicazione determina resistenza a -lattamici e fluorochinoloni La bassa tensione di O2 e l’accumulo di cationi riducono l’attività degli aminoglicosidi