MICROBIOLOGIA

Giordano Felice Dip. Sanità Pubblica e Malattie infettive

La microbiologia….. • Si occupa di studiare le cellule viventi ed il loro funzionamento

– Microrganismi cellule in grado di condurre vita indipendente, invisibili all’occhio umano

• Batteri (cellule semplici ma di grande importanza)

• Analizza la varietà e l’evoluzione dei microrganismi (come e perché ci sono tante specie microbiche)

• Analizza le interazioni dei microrganismi col mondo circostante, con la società umana, con l’organismo umano, con animali e piante.

• Può essere vista come – Scienza biologica di base: per studiare i processi vitali partendo da microrganismi (più

semplici da studiare rispetto agli organismi complessi)

– Scienza biologica applicata: per trattare molti problemi di interesse pratico in medicina, agricoltura e industria dove i microrganismi possono avere un ruolo:

• Negativo come causa di malattie di uomo, animali e piante

• Positivo fertilità dei suoli, flora batterica intestinale, processi industriali (es. fermentazione)

Breve storia della microbiologia

Le scoperte vanno di pari passo alla messa a punto di microscopi sempre più potenti

• 1664 Robert Hooke descrisse le strutture fruttifere delle muffe. • 1684 Antoni van Leeuwenhoek inventò il primo microscopio col quale mise a fuoco dei batteri con buona nitidezza. •…… •…… •19° secolo impulso importante allo sviluppo della microbiologia:

• messa a punto di microscopi a più alta risoluzione • messa a punto di tecniche di base per la preparazione dei vetrini da analizzare (es. coloranti) • impulso per la risoluzione di due importanti quesiti:

•Esiste la generazione spontanea? •Qual è la natura delle malattie infettive?

Generazione spontanea Alcuni studiosi erano convinti che la putrefazione che si verifica su un alimento lasciato all’aria aperta, fosse causata da microrganismi che si formavano ex novo nel cibo alterato:

I batteri si potevano formare da materiale non vivente??

Luis Pasteur (1864) dimostrò che nell’aria erano presenti dei microrganismi in grado di contaminare il cibo Matracci a “becco d’oca”= lasciano passare ossigeno ma non virus o batteri

Teoria della biogenesi: la vita può generarsi solo a partire da altri esseri viventi

Teoria microbica delle malattie

Robert Koch: (1876) Studiò l’antrace, una malattia dei bovini determinata da un batterio sporigeno (Bacillus Anthracis).

•I batteri erano sempre presenti nel sangue di animali morenti associazione. •Iniettando sangue infetto in un animale sano questo si ammalava e moriva. Prelevando da quest’ultimo il sangue infetto e iniettandolo in un altro animale sano, anche questo si ammalava e moriva….così per 20 volte…il ventesimo bovino aveva il sangue infettato dai batteri causa.

Postulati di Koch principi per verificare se un microrganismo è responsabile di una malattia:

L’organismo è sempre presente in animali ammalati e assente in animali sani L’organismo è in grado di crescere in colture pure al di fuori del corpo dell’animale Se inoculata in animali sani, una tale coltura porta alla comparsa dei sintomi caratteristici della malattia L’organismo isolato da questi ultimi animali è ancora in grado di crescere in coltura in laboratorio, senza alterazioni rispetto all’organismo originario

Evoluzione tassi di mortalità delle principali malattie nel mondo

Epidemiologia e malattie dell'uomo negli ultimi 100 anni http://www.quadernodiepidemiologia.it/epi/intro/mal_uom.htm

La cellula è l’unità fondamentale di tutta la materia vivente

• Membrana cellulare barriera che separa l’interno della cellula dall’esterno e permette lo scambio di sostanze

• Nucleo/nucleolo che contiene l’informazione necessaria per la riproduzione.

• Citoplasma contenente tutte le componenti necessarie al funzionamento della cellula (organelli cellulari).

• Sostanze chimiche proteine, acidi nucleici, lipidi, polisaccaridi ecc.

La struttura della cellula https://www.thinglink.com/scene/589399153574936578

Elementi distintivi di una cellula

1. Alimentazione autonoma (nutrizione). Assunzione di sostanze chimiche dall’ambiente ed eliminazione delle scorie.

2. Riproduzione autonoma (crescita). Sintesi di nuove cellule.

3. Differenziamento. Formazione di nuove strutture cellulari.

4. Comunicazione chimica. Scambio di messaggi intercellulari tramite rilascio e assunzione di sostanze chimiche.

5. Evoluzione. Le cellule evolvono portando alla comparsa di nuove proprietà biologiche.

Principali forme di vita Procarioti Eucarioti

Macrorganismi Non noti Animali

Piante

Microrganismi Archea Alghe

Funghi Protozoi

Batteri

Virus Non sono cellule Non possiedono quindi molte delle caratteristiche viste per le cellule

• Non sono sistemi dinamici aperti (incapaci di modificare/sostituire parti di se stesse) • Si replica solo quando è associato ad una cellula (assume caratteristiche viventi) • Non hanno un metabolismo proprio • Posseggono materiale genetico (DNA o RNA), ma non hanno l’apparato traduzionale e per la sintesi proteica usano quello delle cellule • Dimensioni più piccole delle cellule ( ~100 nm)

Viroidi: piccole molecole di RNA (materiale genetico) circolare; più piccoli patogeni noti malattie nelle piante coltivate (es. desquamazione corteccia agrumi: exocortis).

Prioni: interamente composti da proteine che codifica l’ospite e che poi loro probabilmente riescono a modificare, infetta spesso i neuroni (encefalopatia spongiforme bovina, malattia di Creutzfeldt-Jakob nell’uomo)

Eucarioti e procarioti Si caratterizzano per la diversa struttura cellulare.

Comparto cellulare Procarioti Eucarioti

Membrana citoplasmatica SI SI

Parete cellulare (strato rigido esterno alla membrana –

protezione)

SI SI= cellule vegetali No= cellule animali

Organelli (mitocondrienergia,

cloroplastifotosintesi, ecc.)

Assenti Presenti

Endospore (molto resistenti al calore) Talvolta presenti Assenti

Dimensioni* Piccole (1-5 µm) E.Coli (1 X 3 µm)

Grandi (2-200 µm)

Organizzazione nucleare

•Nucleolo non delimitato da membrana •Unica molecola di DNA •Non si divide per mitosi**

• Nucleo delimitato da membrana •Varie molecole di DNA •DNA si divide per mitosi

* Le cellule procariotiche hanno un rapporto Superficie/Volume maggiore scambi con l’esterno più efficienti un metabolismo più velocevelocità di crescita più elevatepopolazioni numerose **Processo di divisione nucleare che porta a formare due cellule figlie con lo stesso corredo cromosomico

Studiare le cellule http://www.biologia-it.arizona.edu/cell_bio/tutorials/cells/cells2.html

PROCARIOTE

EUCARIOTE

Classificazione: Batteri Gram+ e Gram- Per poter visualizzare le cellule tramite microscopio (ottico), esse possono essere trattate con coloranti per poter metterne in evidenza delle strutture particolari.

– Coloranti che sfruttano la carica elettrica (es. cationici legano strutture cariche negativamente acidi nucleici, polisaccaridi della parete cellulare

– Coloranti differenziali che colorano diversamente cellule diverse

Colorazione di Gram

Gram + (positive) viola Gram - (negative) rosso

Metodo di classificazione delle cellule batteriche Diversa resistenza agli antibiotici (es.agiscono distruggendo la parete dei batteri)

Gram+ Staphylococcus aureus

Classificazione: forma

Regno delle monere http://capovolgilescienze.altervista.org/i-classe/mondo-dei-viventi/lezione-3-regno-delle-monere/

http://slideplayer.it/slide/548983/

Classificazione: temperatura di crescita •Minima: al di sotto della quale non si ha crescita •Ottimale: massima velocità di crescita •Massima: al di sopra della quale non si ha crescita morte

Esempi Psicrofili: soprattutto alghe (eucarioti) dei ghiacciai Mesofili: soprattutto molti dei batteri patogeni che crescono intorno ai 37°C (Escherichia Coli dissenteria - tossinfezione alimentare). Anche quelli che producono alterazioni negli alimenti. Essi non crescono a basse temperature uso frigorifero. Termofili: actinomiceti termofili fieno (polmonite); Clostridium (alcune specie)

Classificazione: pH di crescita

Esempi Acidofili: soprattutto funghi e muffe ma anche batteri (Thiobacillus, Sulfolobus, ecc) Neutrofili: sono i più comuni, molti patogeni Basofili: soprattutto in habitat fortemente alcalini (laghi alcalini, terreni ricchi di carbonati). Molti batteri del genere Bacillus

Classificazione: concentrazione di ossigeno per la crescita

• Aerobi

– Obbligati: O2 è indispensabile per la crescita (la maggior parte degli organismi viventi)

– Facoltativi: O2 non è indispensabile ma la crescita è migliore in sua presenza (es. lieviti)

– Microaerofili: O2 richiesto ma in concentrazione minore rispetto a quello atmosferico (es. Lactobacillus)

• Anaerobi (presenti in fanghi, paludi, cibi inscatolati, cavità orale, tratto intestinale)

– Ossigeno-tolleranti: O2 non richiesto, la crescita non è migliore in sua presenza (es. Streptococcus)

– Obbligati: O2 è dannoso o letale (es. Clostridium)

Altre classificazioni • Pressione di crescita (alcuni batteri che vivono a grandi profondità marine)

– Barotolleranti: aumenti di pressione non influenzano la crescita anche se in molti casi il metabolismo è più veloce ad 1 ATM

– Barofili: crescono bene a pressioni elevate

• Concentrazione dei soluti di crescita

– Osmotolleranti: possono crescere in soluzioni con concentrazioni diverse di soluti

– Alofili: adatti agli ambienti salini. Variazioni nella concentrazione di soluti dell’ambiente esterno inibisce la crescita batterica (hanno una concentrazione di soluti citoplasmatici simile a quella dell’acqua marina, cosicché la cellula non perde acqua e non va incontro a plasmolisi). Alofili estremicrescono in ambienti ad elevata salinità

– Osmofili: crescono in ambienti ad elevata concentrazione di zuccheri

– Xerofili: crescono in ambienti molto secchi

Classificazione: esigenze nutrizionali per la crescita

• Fonti di energia – Fototrofi: usano la luce (fotosintesi)

– Chemiotrofi: ossidazione di composti chimici organici o inorganici

• Fonte di carbonio (la maggior parte delle molecole che compongono gli esseri viventi posseggono atomi di carbonio per formare molecole organiche (zuccheri, proteine, ecc.)

• Autotrofi sono in grado di sintetizzare queste molecole organiche a partire da composti di carbonio inorganico (anidride carbonica CO2). Piante, alghe, cianobatteri ecc. grazie alla fotosintesi clorofilliana formano zuccheri

6 CO2 (Anidride carbonica) + 6 H2O (Acqua) + Luce → C6H12O6 (Glucosio) + 6 O2 (Ossigeno)

• Eterotrofi devono utilizzare carbonio organico (es. zuccheri) già sintetizzato da altri organismi come le piante o alghe ecc.

– Saprofiti: utilizzano i composti organici di organismi morti decomponendoli

– Parassiti: utilizzano il metabolismo di altri animali (ospiti) per procurarsi i composti organici. Se l’ospite subisce dei danni il parassita è detto patogeno

Relazione ospite-parassita

E’ una relazione dinamica poiché ognuno modifica le attività e le funzioni dell’altro.

Relazioni di simbiosi: – Mutualismo: sia ospite che microrganismo traggono beneficio uno

dall’altro (es. i batteri della flora batterica intestinale che contribuiscono alla digestione avendo in cambio un po’ del cibo)

– Commensalismo : un microrganismo beneficia della presenza dell’ospite che non ne trae vantaggi ma non ne viene neanche danneggiato (es. lo Staphylococcus epidermidis generalmente non causa alcuna patologia; nell'uomo esso si trova sulla pelle, nelle narici, in bocca e nell'orecchio esterno, nonché nell'uretra.

– Parassitismo: il parassita si nutre ai danni dell’ospite e nel caso in cui lo porta ad ammalarsi/morte è detto patogeno

Quanto può essere dannoso un parassita? • Infettività: la proporzione di individui che si infettano sul totale di

quelli esposti all'agente (Infezione: riguarda la crescita dei microrganismi nell’ospite, non la malattia)

• Patogenicità: capacità del parassita di provocare un danno (malattia). Dipende anche dalla resistenza o sensibilità dell’ospite. (morbillo 100%tutti quelli infettati si ammalano; poliomelite 1% il restante 99% sviluppa immunità)

• Virulenza: indicano il grado di patogenicità del parassita (dose o n. di cellule necessario per determinare una risposta patologica in un determinato periodo di tempo)…quanto è grave la malattia.

• Invasività

• Tossigenicità

Esempio: Le cellule di Clostridium Tetani si spostano raramente dalla ferita, ma possono provocare la morte dell’individuo a causa della potente endotossina prodotta che invade anche i distretti più lontani. Streptococcus pneumoniae è virulento ma al contrario ha un alta invasività (polmoni) e bassa virulenza (non produce tossine)

Esempio la rabbia ha un alta infettività, patogenicità e virulenza, poiché quasi tutti quelli che vengono morsicati da un cane rabido si infettano e nella totalità sviluppano la malattia e tutti gli ammalati muoiono

Dove inizia l’infezione ?

In corrispondenza delle mucose e di zone comunque a contatto con l’esterno con un certo microclima a differenti

gradi di umidità, pH e temperatura selezione di

diversi microrganismi.

Pelle Cavità orale

Tratto respiratorio Tratto intestinale

Tratto genito-urinario

Un numero elevato di microrganismi nei distretti interni di sangue, sistema linfatico e organi interni malattia

Adesione microbica alle cellule epiteliali

• L’aderenza è specifica:

– Specificità di tessuto: il microrganismo non aderisce con la stessa efficienza su tutte le cellule epiteliali dell’organismo (es. Neisseria gonorrhoeae, l’agente eziologico della gonorrea aderisce maggiormente alle cellule dell’epitelio urogenitale dell’ospite).

– Specificità d’ospite: un batterio che aderisce ad uno specifico tessuto epiteliale può farlo più efficientemente in quello dell’uomo rispetto a quello di un altro animale.

Rimane sulla superficie e rilascia tossine

(Bordetella pertusiss, Vibrio cholerae)

Penetra nella mucosa (in regioni dell’epitelio dove al di sotto ci sono vasi linfatici es. nasofaringe, tonsille ecc.)

Batterio patogeno

Rimane localizzato, si moltiplica e produce un piccolo focolaio infettivo (es. Staphylococcus pustole brufoli)

Diffonde ad altri organi tramite vasi linfatici e sanguigni infezione sistemica

Batteriemia: alta concentrazione di batteri nel sangue

Come può essere provocato il danno?

• Il batterio si moltiplica e la massa batterica provoca il danno ostruzione vasi sanguigni, blocco delle valvole del cuore, ostacolo al passaggio dell’aria nei polmoni

• Il batterio produce tossine:

– Esotossine: la cellula rilascia delle tossine che possono raggiungere vari distretti corporei

– Endotossine: sono delle tossine in forma di molecole che fanno parte della membrana esterna della parete cellulare. Esse vengono rilasciate solo quando la cellula lisa e muore

PROPRIETA’ ESOTOSSINE E ENDOTOSSINE

Proprietà Esotossine Endotossine

Proprietà chimiche •Proteine secrete da alcuni batteri •Gram+ o Gram- •Sensibili al calore

•Liposaccaridi, lipoproteine di parete •Gram- •Termostabili

Modalità d’azione/ sintomi

Specifica su cellule o tessuti Non-specifica: febbre, diarrea, vomito

Tossicità Altafatali Scarsamente tossiche, raramente fatali

Attività piretica Non inducono febbre nell’ospite

Spesso inducono febbre nell’ospite

Esotossine • In base alle cellule bersaglio dell’ospite si

dividono in.

– Neurotrope: agiscono sulle cellule del sistema nervoso

– Enterotossiche: agiscono sulle cellule della mucosa intestinale

– Pantrope. Agiscono su tutte le cellule inibendo la sintesi proteica.

Esempi di esotossine Microrganismo Patologia Tossina Effetti

Clostridium botulinum

Botulismo Neurotossina Paralisi flaccida (muscoli ipotonici)

Clostridium tetani Tetano Neurotossina Paralisi spastica (muscoli ipertonici)

Corynebacterium dyphtheriae

Difterite Tossina difterica (pantropa)

Respiratori (nasofaringe) Complicazioni: asfissia, miocardite, neuropatie periferiche e renali Cutanea

Vibrio cholerae Colera Enterotossina Induce perdita di liquido dalle cellule intestinalidiarrea disidratazione

Escherichia coli Gastroenteriti Enterotossina Induce perdita di liquido dalle cellule intestinalidiarrea disidratazione

Bordetella pertussis Pertosse Tossina della pertosse (pantropa)

Distrugge le cellule Epitelio respiratorio, cellule del sangue, cellule nervose (encefalopatia)

Endotossine • L’endotossina è il lipide A del lipopolisaccaride (LPS), cioè una parte della

membrana esterna dei batteri gram-negativi Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Pseudomonas, Neisseria, Haemophilus.

• Le endotossine rimangono associate alla membrana esterna fino alla disgregazione del batterio, che può accadere per autolisi, lisi esterna o digestione fagocitica.

Batterio Gram - Lisi (morte) LPS

Cellula dell’ospite

Pirogeni endogeni

Centri nervosi

Febbre, diarrea

infiammazione generalizzata

Pelle • Solo le zone umide della pelle sono quelle favorevoli allo sviluppo di batteri: cuoio

capelluto, faccia, orecchie, ascelle, regione anale, genitourinaria ecc.

– Ghiandole sudoripare apocrine (es. genitali, capezzoli, ascelle, ombelico); secrezione sterile (inodore) + Batteri cattivo odore

– Ghiandole sebacee dei follicoli piliferi habitat per molti batteri aerobi e anaerobi, lieviti, funghi

• Perché in corrispondenza delle ghiandole troviamo i batteri?

– Sono secrete sostanze nutritive: urea, aminoacidi, sali, acido lattico

– pH compreso tra 4 e 6

• I batteri della pelle sono per la maggior parte Gram + (Staphylococcus, Propionibacterium acnes ecc.). Sono eccezioni E. Coli (contaminazione fecale) e l’Acinetobacter.

• Fattori che fanno variare la flora batterica della pelle:

Condizioni meteorologiche aumento di temperatura e umidità sono condizioni favorevoli

Età i bambini hanno una microflora più varia (più Gram -) con più potenziali patogeni

Pazienti ospedalizzati più organismi patogeni antibiotico-resistenti

Abitudini igieniche personali

Cavità orale • Saliva: è ricca di sostanze nutritive, ma non favorisce la crescita batterica in quanto

è ricca di due enzimi antimicrobici:

– lisozima che scinde i legami glicosidici del peptidoglicano della parete cellulare batterica lisi della cellula

– lattoperossidasi che da una reazione in cui si forma ossigeno monoatomico in grado di uccidere le cellule batteriche

• Denti: nel primo anno di vita (assenza di denti) la flora microbica della bocca è costituita da streptococchi e lattobacilli (anaerobi aerotolleranti)

– Placca dentale: si forma sulla superficie dentale ed è costituita da batteri filamentosi anaerobi obbligati (es. Fusobacterium) inclusi in una matrice amorfa ,costituita da saliva e polimeri extracellulari, che ostacola la diffusione dell’ossigeno presente nell’aria.

– Esistono anche batteri aerobi che crescono sui materiali organici dei denti

Formazione placca

Dente pulito pellicola organica (grazie all’adesione sulla superficie liscia del dente di glicoproteine acide della saliva) colonizzazione da parte di batteri specializzati (Streptococcus sanguis, sobrinus, mitis) colonizzazione di batteri strettamente anaerobi come Actinomyces.

Formazione della carie

• Dovuta ai prodotti acidi che si formano nella placca

• La parte liscia dei denti è più protetta rispetto agli interstizi saliva, lingua, masticazione, spazzolino puliscono continuamente la superficie del dente. La forma dei denti può non favorire la ritenzione di cibo negli interstizi.

• Favorisce la carie una dieta (soprattutto fuori pasto) ricca di zuccheri fermentazione da parte di batteri (Streptococcus sobrinus e mutans) acido lattico decalcificazione dello smalto proteolisi dello smalto ad opera di enzimi batterici.

• Incorporazione di composti di fluoruro nella matrice di calcio la rende più resistente dentifrici al fluoro, fluorizzazione delle acque.

• La carie è una malattia infettiva!

• Altre infezioni della bocca: malattie periodontali, gengiviti, ascessi (infezioni della polpa del dente)

Ministero della Salute (2013) http://www.salute.gov.it/imgs/C_17_pubblicazioni_2073_allegato.pdf

Come si difende l’organismo?

• Difese aspecifiche: dirette contro un’ampia varietà di patogeni

• Difese specifiche: dirette contro specie e ceppi batterici particolari

Difese aspecifiche • Resistenza naturale di una specie. Sono dovute a differenze fisiologiche e

metaboliche come la mancanza di recettori per le tossine batteriche. Per es. alcuni animali, come i procioni, sono più sensibili di altri alla rabbia.

• Età. Es. La flora batterica intestinale nei neonati non è ancora formata +probabilità che batteri patogeni colonizzino l’intestino malattie

• Stress. Può predisporre individui ad ammalarsi maggiormente. Una possibile spiegazione: stress + cortisolo (ormone surrene) azione antinfiammatoria (infiammazione è una difesa)

• Alimentazione. Carenze o eccessi nell’alimentazione fanno variare la flora batterica intestinale. Eccesso nel consumo zuccheri carie

• Difese anatomiche. Pelle intatta è acida (ghiandole sebaceeacido lattico). Epitelio ciliato del nasofaringe e trachea spingono verso l’alto i batteri. Lisozima (antibatterico) in secrezioni (lacrime, muco, saliva ecc.). Milza, timo e cervello producono proteine basiche (antibatteriche)

• Specificità di tessuto. Ogni patogeno può avere un sito specifico di infezione. Per es. le cellule di Clostridium tetani hanno bisogno di una ferita profonda per crescere e moltiplicarsi in anaerobiosi. Se ingerite non provocano il tetano ma sono distrutte dall’acidità dello stomaco

Difese cellulari Esistono delle cellule (fagociti) circolanti nel sangue, nella linfa e in alcuni tessuti che sono attratti dai batteri (o altre sostanze estranee all’organismo). I batteri vengono ingeriti e digeriti.

•Fanno parte dei globuli bianchi (leucociti)

–Leucociti polimorfonucleati: sono piccoli, sono presenti nel flusso sanguigno e midollo osseo si muovono velocemente e intervengono nelle prime fasi delle infezione acute

–Macrofagi: si fissano sui tessuti del sistema circolatorio e linfatico e intervengono nella fase acuta e cronica dell’infezione.

–Monociti: macrofagi circolanti

https://www.youtube.com/watch?v=Da-ISAs-Gtw

Esistono però microrganismi che riescono a vivere e riprodursi nei fagociti: virus, clamidie (sindromi veneree Chlamydia trachomatis) Plasmodium falciparum della malaria Molti ospiti non sviluppano la malattia e sono portatori cronici , ma infettivi.

Difese specifiche (risposta immunitaria)

• Antigeni: molecole (es. parti della parete cellulare di un batterio) estranee all’organismo che stimolano le cellule del sistema immunitario

– a produrre proteine dette anticorpi (immunoglobuline) Immunità umorale

– ad attivare cellule T specifiche per il riconoscimento dell’antigene Immunità cellulare

Antigene

Cellula che presenta l’antigene

Cellula T

Cell. T stimolata

Cellula B

attivata

Cell. T attivata

Anti-corpi

Uccisione della cellula antigene-

specifica

Infiammazione Processi di fissazione,

neutralizzazione ecc.

Immunità non specifica (es. macrofago)

Immunità umorale antigene specifica

Immunità cellulare antigene specifica

Caratteristiche della risposta immunitaria • Specificità: l’organismo per ogni antigene risponde producendo cellule T e

anticorpi specifici. • Memoria: se l’organismo viene in contatto una seconda volta (richiamo) con

l’antigene, produce una risposta di anticorpi più cospicua e più rapida tale da proteggere l’ospite in maniera efficace vaccinazione

• Tolleranza: la risposta immunitaria dell’ospite riesce a distinguere tra le cellule dell’ospite stesso che tollera (self) da quelle estranee (non-self)

Immunizzazione contro malattie infettive

• Immunità attiva: nell’individuo viene iniettato l’antigene che provoca la produzione di anticorpi

• Immunità passiva: viene iniettato un antisiero (siero contenente anticorpi) derivato da un altro individuo che ha precedentemente prodotto gli anticorpi per uno specifico antigene.

Immunità attiva Immunità passiva

Iniezione dell’antigene Iniezione di anticorpi contro l’antigene

Sistema immunitario attivato dall’antigene, memoria immunologica efficace

Nessuna memoria immunologica

Il titolo anticorpale può rimanere alto tramite richiami successivi

Il titolo anticorpale decade progressivamente

Lo stato immunitario si sviluppa nell’arco di settimane

Lo stato immunitario si sviluppa immediatamente

Profilassi (prevenzione) Terapia per curare malattia già in atto

Vaccino •E’ costituito dall’antigene, o dalla mistura di antigeni usati per indurre immunità attiva

•Spesso non si può inoculare l’antigene tale e quale (pericoloso!).

–Le esotossine possono essere modificate per creare un tossoide (con formaldeide) che comunque produce la risposta immunitaria voluta.

–I patogeni che producono endotossine possono essere iniettati morti (con formaldeide, fenolo, calore)

–Inattivazione virus (con formaldeide)

–I patogeni possono essere iniettati mutati (persa la virulenza, mantenuta la antigenicità) ceppi attenuati

Malattie Batteriche

Tipi di vaccini Malattie virali

Tipi di vaccini

Difterite tossoide Morbillo Virus attenuato

Tetano tossoide Parotite Virus attenuato

Pertosse batterio ucciso (Bordetella pertussis) Rosolia Virus attenuato

Colera cellule uccise/estratti cellulari (Vibrio cholerae)

Poliomelite Virus attenuato (Sabin) (orale) Virus inattivato (Salk) (inoculato)

Meningite polisaccaride purificato (Neisseria meningitidis)

Influenza Virus inattivato

Tubercolosi ceppo attenuato (Mycobacterium tubercolosis) BCG

Rabbia Virus inattivato (uomo) Virus attenuato (cani e altri animali)

Peste cellule uccise/estratti cellulari (Yersinia pestis)

Epatite B Virus basato su tecniche di DNA ricombinante

Piano vaccinale nazionale

Piano Nazionale Prevenzione Vaccinale - PNPV 2016-2018 http://www.quotidianosanita.it/allegati/allegato1955037.pdf

Controllo della crescita microbica: mezzi fisici

• Sterilizzazione : Eliminazione di tutte le forme microbiche presenti (virus, batteri e spore), che può essere conseguita sia con mezzi fisici che chimici – Mezzi fisici:

• Calore a secco: (siringhe, aghi, vetreria laboratorio) – Flambaggio di superfici o oggetti con fiamma viva o per l’incenerimento – Aria calda: si usa la stufa a secco a temperature di 160°C x 1 ora o 180°C x ½ ora – Raggi infrarossi: o a pressione normale o sottovuoto (< tempo di esposizione)

• Calore umido (<stabilità proteine, >capacità di penetrazione dell’acqua): per la distruzione anche delle endospore (molto resistenti al calore) bastano 121°C x 15-30 min. autoclave (vapore saturo sotto pressione). Efficace, rapida ed economica. Non adatta per materiali plastico.

• Raggi UV: (sterilizzano aria di ambienti e piani di appoggio). Agiscono danneggiando il DNA dei microbi

• Raggi gamma • Filtrazione: (sostanze termolabili in soluzione). Si usano filtri di materiale poroso che trattengono i microrganismi. Membrane filtranti sono costituite da dischetti di acetato di cellulosa o nitrato di cellulosa.

• Bollitura: non si ha la sterilizzazione in quanto molte spore batteriche possono sopravvivere • Pastorizzazione: è un processo in cui viene utilizzato un blando riscaldamento per ridurre la carica batterica (specie negli alimenti - latte). Pastorizzazione istantanea: rapido innalzamento della temperatura a 71°C per 15 secondi seguito da repentino raffreddamento

• Agente antimicrobico. È un composto chimico che uccide (suffisso –cida) i microrganismi o ne inibisce la crescita senza uccidere (suffisso –statico) (es. fungicida, batteriostatico). – Concentrazione : batteriostatico (aumento concentrazione) battericida

– Selettività: a seconda se la tossicità si ha per tutte le cellule (poco selettivo) o è maggiore per alcuni batteri e assente per altri (es. cellule animali).

• Germicidi. Agenti utilizzati per sterilizzare materiali termolabili come strumenti ospedalieri (cateteri, termometri ecc.) Sterilizzazione a freddo. Si usano ossido di etilene, formaldeide, perossido di idrogeno

• Disinfettanti. Provocano la morte dei microrganismi e vengono usati su agenti inanimati

• Antisettici. Provocano la morte/inibiscono la crescita ma sono poco tossici tanto da poter essere utilizzati su tessuti viventi

Controllo della crescita microbica: mezzi chimici

Agente Utilizzazione in campo igienico-sanitario

Modalità d’azione

Antisettici

Nitrato d’argento Occhi dei neonati contro Neisseria gonorrhoeae

Fa precipitare le proteine

Tintura di iodio Cute Agente ossidante (su proteine)

Alcool (70% in acqua) Cute Solubilizza i lipidi e denatura le proteine

Perossido d’idrogeno Cute Agente ossidante

Disinfettanti

Cloro gassoso Purificazione dell’acqua Agente ossidante

Composti fenolici Superficie in genere Denatura le proteine

Ossido di etilene (gas)

Materiale sensibile al calore (es. plastica monouso)

Agente alchilante

Ozono Purificazione dell’acqua potabile Forte agente ossidante

Agenti antisettici e disinfettanti

Chemioterapia E’ quella parte della farmacologia che ha come oggetto di studio le sostanze chimiche naturali o artificiali atte a distruggere cellule eucariote o procariote responsabili di:

- infezioni

- neoplasie

- disordini immunologici

In base a questa definizione, si distinguono 3 tipi di chemioterapia:

• ANTIMICROBICA (o ETIOTROPA) = antivirale, antibatterica, antifungina, antiprotozoaria e antielmintica

• ANTIBLASTICA o ANTITUMORALE

• IMMUNOMODULANTE

Breve storia •Sulfamidici: sulfanilamide (primo antimicrobico) (Prontosil Domagk, 1939)

•Inibitore competitivo dei fattori di crescita viene riconosciuto dai microbi come un fattore di crescita lo assumono ma non li nutre microbi muoiono

Analogo dei fattori di crescita

•Penicillina: Fleming (1929) (scoperta casuale!) •le piastre di Petri contenenti Staphylococcus aureus erano state contaminate da un fungo (Penicillium) •Efficace contro stafilococco e pneumococco •La guerra ne incentivò la produzione potevano curare le infezioni che si sviluppavano nelle ferite dei militari •Produzione industriale in USA alla fine della guerra • Riduzione della mortalità infantile e neonatale

Fattore di crescita

Antibiotici Sostanze chimiche prodotte da batteri o funghi in grado di inibire la crescita/uccidere altri microrganismi. Attualmente molte molecole vengono prodotte per via sintetica o semisintetica (modificando per via chimica la molecola naturale)

– Tossicità selettiva: è la capacità di inibire batteri o altri microrganismi senza causare danni all’organismo che li assume

• Assenza nelle cellule dell’organismo eucariote di particolari siti che rappresentano il bersaglio dell'azione degli antibiotici nei procarioti (es. parete cellulare)

• Le cellule dell’organismo sono impermeabili all’antibiotico mentre lo sono quelle procariote del batterio

• Diversa affinità del farmaco per strutture funzionalmente simili della cellula procariotica ed eucariotica ma strutturalmente diverse (diverso ribosoma)

Classificazione degli antibiotici

• Famiglie: secondo le caratteristiche chimiche delle molecole

• Spettro d’azione: – Ampio: la molecola è attiva sia per i Gram+ che per i Gram-

– Ristretto: la molecola è attiva o sui Gram+ o sui Gram-

• Tipo d’azione: – Batteriostatico: blocco della riproduzione dei batteri

– Battericida: determina la morte dei batteri

• Origine: – Estrattiva: da batteri e funghi (Penicillium, Cephalosporium, Streptomyces)

– Semisintetica: partendo da una struttura base naturale, ottenuta per estrazione e aggiungendo catene di sintesi

– Sintesi chimica: (chinoloni, cloramfenicolo etc)

• Meccanismo d’azione

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La resistenza agli antibiotici • Resistenza naturale: Insensibilità costituzionale di un microrganismo verso

un determinato antibiotico – Nell’organismo manca il bersaglio su cui agisce l’antibiotico (es. micoplasmi non sono

dotati di parete resistenti alle penicilline)

– L’organismo è impermeabile all’antibiotico

– L’organismo inattiva la molecola dell’antibiotico

• Resistenza acquisita: Comparsa di ceppi che, nell’ambito di una specie microbica originariamente sensibile ad un chemioterapico, hanno perduto la sensibilità verso concentrazioni del farmaco terapeuticamente raggiungibili in vivo. – Vengono così debellati dall’antibiotico tutti i batteri sensibili e selezionati

quelli più resistenti – Penicillina e sulfamidici (primi chemioterapici) oggi non vengono quasi più usati sviluppo di resistenza. Laddove vengano usati, un trattamento efficace prevede dosi molto più alte che in passato (Penicillina Streptococcus Pyogenes : scarlattina, febbre reumatica)

• La soluzione è di usare l’antibiotico: – solo se strettamente necessario

– In dosi massicce per non dare tempo al patogeno di mutare

Chemioterapia antivirale • I virus non sono cellule inibirli è difficile

• Siccome hanno bisogno di cellule ospiti per il proprio metabolismo colpire loro significa danneggiare la cellula

• Si cerca di inibire la replicazione del virus: – Rifamicina inibisce la RNA polimerasi specifica

– Azidotimidina inibisce la replicazione del virus HIV dell’AIDS

• Interferoni. Sono sostanze antivirali prodotte da molti organismi animali, in risposta ad un’infezione virale. – Non hanno specificità di virus: un interferone può essere efficace ad inibire la

replicazione di più virus della stessa specie

– Hanno specificità di ospite: uno stesso interferone può inibire la replicazione di un virus in un animale ma non quella dello stesso virus in un altro animale