Microbiologia Clinica e Laboratorio

1. Microbiologia Clinica e Laboratorio • Docente :Dott.ssa Mariateresa Vitiello Dipartimento di Medicina Sperimentale Sez. Microbiologia e Microbiologia Clinica Seconda Università degli Studi di Napoli Facoltà di Medicina e Chirurgia E-mail: mteresa.vitiello@unina2.it • Testi consigliati: La Placa Poli

2. Temi cardine del programma • Lo sviluppo della microbiologia come scienza. • Modalità di interazione tra microrganismi e ambiente. • La natura e l’importanza delle tecniche adottate per isolare, coltivare, osservare e identificare i microrganismi. • Le principali tecniche batteriologiche e parassitologiche. • I più frequenti batteri e parassiti agenti eziologici di malattie

3. Programma d’esame • Rapporti ospite-parassita: saprofitismo, patogenicità, virulenza, opportunismo, fonti e serbatoi, veicoli e vettori di microrganismi, modalità di trasmissione e vie di ingresso, colonizzazione batterica, micetica, protozoaria e virale • Flora microbica normalmente residente nei vari distretti corporei • Principi di diagnostica microbiologica: procedure di raccolta, conservazione, trasporto e trattamento dei campioni. Metodi di diagnosi diretta ed indiretta • Diagnostica batterica: esame microscopico, colturale, sierologico diretto, saggi di sensibilità agli antibiotici, reazioni Ag-Ab “in vitro”, tecniche di diagnostica molecolare per analizzare DNA ed RNA (PCR, ibridazione molecolare con sonde marcate, dot blot) • I principali batteri responsabili di malattie: Enterobatteri, Stafilococchi, Streptococchi, Brucelle, Pasteurelle, Treponemi, Micobatteri • Diagnostica parassitologica: tecniche colturali e substrati utilizzati in parassitologia (caratteristiche e differenze per scelta d’impiego), metodiche per identificazione da campioni biologici (esame diretto ed esame attraverso coltura), tecniche di preparazione vetrini, coloranti per la parassitologia, tecniche d’identificazione: metodologia classica • I principali parassiti responsabili di malattie: Toxoplasma, Plasmodi, Cestodi

4. INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA Storia e scopo della Microbiologia

5. Definizione • La Microbiologia è la scienza che studia i microrganismi e la loro attività. • Ha per oggetto la forma, la struttura, la riproduzione, la fisiologia, il metabolismo e l’identificazione dei microrganismi.

6. Dimensioni dei batteri e dei virus

8. Dimensioni dei microrganismi

9. Definizione • Comprende lo studio della loro distribuzione in natura, delle relazioni tra loro e con gli altri esseri viventi, degli effetti benefici e dannosi che hanno sugli esseri umani, delle modificazioni fisiche e chimiche che provocano nel loro ambiente.

10. Settori della Microbiologia • BATTERIOLOGIA • PROTOZOOLOGIA (Parassitologia) • MICOLOGIA • ALGOLOGIA • VIROLOGIA

11. Membri del mondo microbico • Cellule procariotichesono prive di un nucleo delimitato da una membrana (batteri) • Cellule eucariotichepossiedono un nucleo racchiuso da una membrana, sono morfologicamente più complesse e generalmente più grandi delle cellule procariotiche (alghe, protozoi e miceti)

12. Eukaryotic cell Prokaryotic cell Gram + (e.g. animal) Flagellum Nucleoid Cell membrane Cell wall Rough endoplasmic reticulum Nucleus Gram - Pili Granule Capsule Cytoplasm Cell (inner) membrane Outer membrane Mitochondria Ribosomes Cell wall

13. Differenze tra cellula procariotica ed eucariotica

14. Tipi di Classificazione • Schema a cinque regni comprendente Monera, Protista, Fungi, Animalia e Plantae. I microbi si trovano nei primi tre regni • Schema a tre regni, basato sul confronto dell’RNA ribosomale. Classifica i microrganismi in Bacteria (batteri veri),Archaea e Eucarya (eucarioti)

15. Regno degli Archaea – tutti procarioti • Procariotici • Si distinguono dai Bacteria per sequenze ribosomali caratteristiche • Non contengono peptidoglicano nella parete • Molti si trovano in ambienti estremi Includono: • Metanogeni • Alofili estremi • Termofili estremi • Non si conoscono specie patogene

16. Fungi Protozoa Algae Regno Eucarya – tutti eucarioti • animali, piante e microrganismi eucarioti • I microrganismi comprendono i protisti (alghe unicellulari, protozoi, muffe) e funghi • La maggior parte sono più grandi delle cellule procariotiche Parassiti animali pluricellulari

17. Regno dei Bacteria – tutti procarioti • La maggior parte è costituita da singole cellule • La maggior parte contiene peptidoglicano nella parete • Possono sopravvivere in una infinità di ambienti • La maggior parte non sono patogeni ed hanno un ruolo fondamentale nel riciclo dei nutrienti

18. BATTERI Sferica (cocchi) Cilindrica/bastoncellare (bacilli) Curvata (vibrioni, spirilli) Forma CELLULA BATTERICA

19. COMPONENTI STRUTTURALI DEI BATTERI Membrana esterna Granulo intracitoplasmatico Citoplasma Capsula Spazio periplasmatico Membrana citoplasmatica interna Peptidoglicano Flagello Corpo basale Ribosomi Cromosoma pilo Mesosoma pilo

20. Criteri di classificazione Spirilli • Forma: cocchi (in colonie), diplococchi, streptococchi, spirilli, vibrioni, bacilli (isolati), spirochete. • Caratteristiche della parete cellulare:Gram-positivio Gram-negativi Gram: Speciale colorazione inventata dall'omonimo scienziato, che permette di dividere in due grandi tronconi i batteri, i Gram + e i Gram -, in base alla composizione della parete batterica. Cocchi e bacilli

21. MORFOLOGIA BATTERICA ESEMPI STREPTOCOCCHI STAFILOCOCCHI COCCHI ENTEROBATTERI BACILLI TREPONEMA PALLIDUM VIBRIO CHOLERAE SPIRILLI

22. MORFOLOGIA BATTERICA

23. MORFOLOGIA BATTERICA (COCCHI) COCCHI SINGOLI SARCINE DIPLOCOCCHI STREPTOCOCCHI TETRADI STAFILOCOCCHI

24. MORFOLOGIA BATTERICA (BACILLI) BACILLI COCCOBACILLI DIPLOBACILLI STREPTOBACILLI

25. Nomenclatura e classificazione dei microrganismi • Linneo (Linnaeus) stabilì il metodo della nomenclatura binomialenel sistema di classificazione delle piante e degli animali. • A ciascun organismo sono attribuiti due nomi (in origine in latino): il primo si riferisce alGENERE di appartenenza dell'organismo stesso ed è uguale per tutte le specie che condividono alcuni caratteri principali; il secondo termine, che è spesso descrittivo, designa la SPECIE propriamente detta.

26. Nomi scientifici • Staphylococcus aureus • Descrive la distribuzione a grappolo dal greco [stafule]: grappolo e [coccos]: (bacca, acino d'uva) ed il colore dorato delle colonie.

27. Nomi scientifici • Escherichia coli • Rende omaggio allo scienziato che lo ha scoperto, Theodor Eshcerich, e descrive l’habitat del batterio, il colon.

28. Ruolo dei Microrganismi nelle malattie • Non era poi così ovvio • Stabilire una connessione dipendeva dallo sviluppo di tecniche per lo studio dei microbi • Una volta stabilito, ha permesso lo studio delle difese dell’ospite - l’immunologia

29. L’età dell’oro della Microbiologia (1857-1914) • Sono stati identificati molti organismi che producono malattie • È stato intrapreso lo studio del metabolismo microbico • Sono state raffinate le tecniche microbiologiche • È stata migliorata la comprensione del ruolo dell’immunità e di come controllare e prevenire le infezioni microbiche

30. Identificazione delle relazioni tra Microrganismi e malattia • Agostini Bassi(1773-1856) • Ha mostrato che una malattia dei bachi da seta era causata da un fungo

31. Altre evidenze… • Joseph Lister • Fornisce evidenze indirette che i microrganismi sono agenti causali delle malattie • Sviluppa una metodologia in chirurgia elaborata per impedire l’ingresso dei microrganismi nelle ferite ed una per il trattamento dei ferri chirurgici e per gli abiti da camera operatoria • Poche volte i suoi pazienti andavano incontro a infezioni post-operative

32. Prova finale… • Robert Koch (1843-1910) • Stabilisce la relazione fra Bacillus anthracis e antrace • Usa i criteri sviluppati dal suo maestro Jacob Henle (1809-1895) • Questi criteri sono oggi noti come i postulati di Koch. Usati ancora oggi per stabilire il legame fra una particolare microrganismo ed una particolare malattia

33. I postulati di Koch L’agente causale deve essere presente in tutti i casi della malattia di cui è ritenuto responsabile e deve essere invece assente negli individui sani. L’agente causale deve essere isolato dall’individuo affetto e, posto in coltura, deve dare origine ad una popolazione cellulare omogenea (una sola specie). L’inoculo di una coltura pura dell’agente causale in individui sani deve dare luogo alla comparsa della malattia di cui si ritiene responsabile. L’agente causale deve essere re-isolato dall’individuo infettato sperimentalmente.

34. Lo sviluppo di tecniche per lo studio dei microrganismi patogeni • Il lavoro di Koch ha permesso la scoperta o lo sviluppo di: • agar • piastre di petri • nutrient broth e nutrient agar • metodi per isolare i microrganismi

35. Altri sviluppi… • Pasteur e Roux • Hanno scoperto che la lunga incubazione di colture prima del trasferimento nell’ospite provocava nel patogeno la perdita della capacità di provocare la malattia • Pasteur e collaboratori • Hanno sviluppato il vaccino contro il colera dei polli, antrace e rabbia

36. Altri sviluppi… • Emil von Behring (1854-1917) e Shibasaburo Kitasato (1852-1931) • Hanno sviluppato un’antitossina contro difterite e tetano • Hanno fornito evidenze di un’immunità umorale • Elie Metchnikoff (1845-1916) • Ha scoperto le cellule fagocitarie del sangue • Ha fornito evidenze di un’immunità cellulare

37. Lo sviluppo della Microbiologia industriale e dell’Ecologia microbica • Louis Pasteur • Ha dimostrato che sia la fermentazione alcolica che altre fermentazioni erano il risultato di attività microbica • Ha sviluppato il processo di pastorizzazione per conservare il vino

38. Nascita della moderna chemioterapia • 1928: Alexander Fleming scoprì il primo antibiotico. • Osservò che il fungo Penicilliumproduceva un antibiotico (la penicillina) in grado di uccidere lo Staphylococcus aureus. • 1940s: la penicillina fu clinicamente testata ed iniziò la produzione del farmaco

39. Malattie Infettive • Quando il patogeno supera la resistenza dell’ospite, si ha la malattia. • Malattie infettive emergenti (EID): Nuove malattie e malattie a maggiore incidenza

41. Malattie Infettive Emergenti • West Nile encefalite • West Nile Virus • Diagnosticata per la prima volta nella regione del West Nile dell’ Uganda nel lontano 1937. • Nel 1999 è comparsa nella città di New York.

42. Malattie Infettive Emergenti • Ebola febbre emorragica • Virus Ebola • Causa febbre, emorragie e coagulazione del sangue • Isolato per la prima volta nei pressi del fiume Ebola, Congo

43. Malattie Infettive Emergenti • Hantavirus sindrome polmonare • Hantavirus • Identificato per la prima volta nel1951 in Korea come causa di febbre emorragica • Nel 1995 è stata denunciata la comparsa di una nuova malattia caratterizzata da sintomi respiratori negli U.S. • Il virus U.S., chiamato virus Hantavirus Sin Nombre, probabilmente è stato diffuso in U.S. tramite i ratti intorno al 1900

44. Malattie Infettive Emergenti • Sindrome da Immunodeficienza Acquisita (AIDS) • Human immunodeficiency virus (HIV) • Isolato per la prima volta nel 1981. • Epidemia mondiale infettante 40 milioni di persone; 14000 nuove infezioni ogni giorno. • Malattia a trasmissione sessuale che si trasmette sia agli uomini che alle donne. • Negli U.S., le persone interessate dall’HIV/AIDS hanno un’età compresa tra i 13 e 24 anni: il 44% sono donne ed il 63% sono uomini.

45. Malattie Infettive Emergenti • Encefalopatia Bovina Spongiforme • Prioni • Inoltre causa la malattia di Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) • La nuova variante di CJD negli uomini è correlata al consumo di frattaglie bovine contaminate.

46. Malattie Infettive Emergenti • Escherichia coli O57:H7 • Ceppi produttori di tossine di E. coli • Identificati nel 1982 • Principale causa di diarrea diffusa in tutto il mondo.

47. Malattie Infettive Emergenti • Streptococcus invasivo di gruppo A • La rapida crescita batterica causa un esteso danno tissutale. • Incremento dell’incidenza dal 1995

48. Malattie Infettive Emergenti • Antrace • Bacillus anthracis • Nel 1877, Koch dimostrava che il B. anthracis era la causa eziologica dell’antrace. • Veterinari e agricoltori sono soggetti a rischio di antrace cutaneo. • Nel 2001, la disseminazione di B. anthracis tramite posta infettava 22 persone.

49. L’importanza dei microrganismi I microbi possono essere: • causa di malattie che colpiscono il regno vegetale ed animale; • causa di degradazione degli alimenti; • essenziali per la vita; • necessari per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo; • utilizzati come biomassa e produttori di farmaci e molecole per uso industriale.

50. Ruolo dei microrganismi in natura e loro utilizzazione da parte dell’uomo • Vengono utilizzati come modelli sperimentali per lo studio della genetica molecolare e della fisiologia cellulare. • Vengono utilizzati per la produzione di sostanze utili all’uomo