Potere patogeno e virulenza

Materie:Appunti
Categoria:Biologia

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Testo

Il potere patogeno
Il potere patogeno è la capacità di alcuni batteri di attecchire l’organismo ospite moltiplicandosi e producendo danni più o meno gravi: si può infatti andare da un leggero stato di infezione (se il numero di cellule infettate è piccolo) a un vero e proprio stato di malattia (se il numero di cellule interessato è elevato). La patogenicità di un batterio non è universale, nel senso che un batterio può essere patogeno per alcune specie e non per altre: ci sono infatti batteri che risultano patogeni per molte specie animali, altri per poche, altri ancora per una sola. Ad esempio il bacillo responsabile del carbonchio è patogeno per l’uomo, per i bovini e per gli ovini, ma non per il cane o per il ratto; lo pneumococco è patogeno per l’uomo, il coniglio e i topini, ma non per la cavia; la salmonella tifi è patogena solo per l’uomo. Non di rado il batterio patogeno riesce ad esplicare il proprio potere solo verso alcune razze di una specie e addirittura nell’ambito della stessa razza soltanto su alcuni individui, inoltre ceppi diversi di una stessa specie possono essere dotati di un potere patogeno diverso, alcuni in misura elevata, altri in misura minore a altri ancora non lo possiedono. Questa diversità dei vari ceppi di una stessa specie batterica dipende da diversi fattori e viene indicata con il termine di virulenza, che pertanto costituisce il grado di potere patogeno per un determinato ceppo. La diversa manifestazione del potere patogeno dei batteri nei confronti di specie, razze e singoli individui, dipende da vari fattori tra cui la carica batterica, le capacità aggressive del ceppo batterico e le differenze esistenti nell’ambiente fisiologico dei vari organismi, ed è strettamente dipendente dalle relazioni e dalle reciproche influenze che si stabiliscono tra i batteri e l’organismo ospite in seguito all’aggressione dei primi e alle reazioni di difesa dei secondi. I batteri patogeni obbligati si distinguono in due tipi: quelli che per poter agire devono poter passare da un organismo malato a un altro malato (trasmissione diretta), quali il microbatterio della lebbra o il gonococco, e quelli che invece possono trascorrere un breve periodo di tempo in ambiente esterno dove proliferano se trovano le condizioni favorevoli (trasmissione indiretta attraverso aria ed acqua), quali il vibrione del colera e i vari tipi di salmonella. Accanto a questi microrganismi definiti patogeni vari esistono i cosiddetti patogeni occasionali od opportunisti: si tratta di microrganismi normalmente saprofiti, ossia che non apportano alcun danno all’organismo ospite ma anzi creano un ambiente sfavorevole, dal punto di vista ecologico, all’attecchimento dei patogeni, ed alcuni addirittura sintetizzano le vitamine, questo per quanto riguarda quei saprofiti che vivono nell’organismo umano, sulla cute o nelle cavità corporee (strecchiecoli, bacillus subtilis, streptococchi fecali o entrococco). Quando questi microrganismi sono a contatto con un individuo con capacità difensive scarse o in qualche modo indebolite, possono diventare patogeni e causare ,da soli o in associazione con altri organismi, infezioni di vario tipo. I microrganismi possono esercitare la loro azione con varie modalità:
1. Pochi risultano patogeni senza entrare in contatto con l’ospite: ad esempio il clostridium botulinium prolifera nei cibi in scatola e negli insaccati producendo una tossina che ingerita dall’uomo o dagli animali provoca una grave forma di intossicazione (la tossina botulinica è una neurotossina che provoca la paralisi dei muscoli bloccando il rilascio da parte dei bottoni sinaptici degli assoni motori dell’acetilcolina); certi stafilococchi analogamente producono nei latte e nei derivati una tossina che provoca una forma gastroenterica acuta nell’uomo.
2. La maggiora parte dei batteri patogeni per esprimere la propria azione nociva deve necessariamente entrare in contatto con l’organismo ospite con diverse modalità:
• I batteri che tendono a rimanere in superficie sulle mucose, come per esempio il Vibrione del Colera che aderisce alle cellule dell’epitelio intestinale provocando da qui i suoi danni, o il Corinne Bacterium Difterite CHE ADERISCE ALLE CELLULE DELL’EPITELIO DELLA FARINGE E DELLA LARINGE MOLTIPLICANDOSI IN QUESTA SEDE E PROVOCANDONE LA NECROSI.
che aderisce alle cellule dell’epitelio della faringe e della laringe moltiplicandosi in questa sede e provocandone la necrosi. Il processo di adesione si realizza, a seconda della specie batterica, o per mezzo di sostanze agglutinanti prodotte dai batteri stessi, o per messo delle fimbrie o di costituenti capsulari o della parete.
• I batteri che penetrano nelle cellule della mucosa senza però superarla, quali i bacilli dissenterici che entrano nelle cellule epiteliali della mucosa intestinale dove si riproducono provocando ulcerazioni. Il batterio entra nella cellula attraverso un meccanismo simile alla fagocitosi indotto da sostanze prodotte dal batterio stesso.
• I batteri che superato il rivestimento mucoso o cutaneo tendono ad invadere l’organismo in varia misura, quali lo Streptococco Piogene, il microrganismo della Tubercolosi e le Salmonelle.
• I batteri che penetrano nell’organismo in seguito ad eventi traumatici o morsicature o punture di animali, quali la Borreia (inoculata dalle zecche), o il Clostridium Tetani.
Risulta che il potere patogeno dei batteri, tranne qualche eccezione, dipende dalle proprietà della cellula batterica che le consentono di superare le barriere protettive dell’ospite, di resistere ai meccanismi di difesa umorale (anticorpi) e cellulare, e di causare alterazioni sia anatomiche che funzionali. A queste proprietà si dà il nome di fattori di virulenza, perché dalla loro azione dipende il grado di patogenicità, ossia la virulenza dei batteri. Questi fattori sono costituenti della cellula batterica o prodotti dalla sua attività biologica, ossia intrinsechi del batterio allo stato potenziale: la loro estrinsecazione costituisce una reazione alle condizioni che il batterio trova nell’ospite, è noto infatti che i batteri che proliferano in un organismo presentano quasi sempre caratteristiche morfologiche e funzionali diverse da quelle che hanno quando vivono da saprofiti nell’ambiente esterno o nei terreni di coltura. Esempi dimostrativi li abbiamo nel Bacillo del Carbonchio e negli Pneumococchi, i quali nei materiali organici presentano la capsula, mentre nei terreni di coltura artificiali ne sono sprovvisti. L’analisi dei fattori di virulenza permette di capire il loro meccanismo d’azione e la parte che ciascuno di essi ha nello svolgimento del processo infettivo. Alcuni di questi fattori servono per l’entrata e l’attecchimento dei batteri, altri invece perché causano alterazioni più o meno gravi nei tessuti e negli organi dell’ospite: così ad esempio la capsula costituisce senza dubbio un fattore importante per l’attecchimento e la proliferazione dei batteri perché li protegge dai meccanismi di difesa dell’ospite, mentre la produzione di sostanze fortemente tossiche è causa di molti fenomeni morbosi a carico dei vari gruppi di cellule colpite. Esistono delle differenze nelle varie specie per quanto riguarda i fattori di virulenza: infatti i Pneumococchi, i Bacilli Carbonchiosi ed altri, sono solitamente forniti di capsula che manca invece nei batteri Tifici, Paratifici e Dissenterici, ed in altri batteri provvisti a loro volta di altri mezzi di difesa e offesa. Alcuni batterici patogeni, dopo essere penetrati nell’organismo ospite ed avervi attecchito, presentano una tendenza ad invaderlo attraverso il connettivo, le vie ematiche o linfatiche, mostrano cioè un alto potere invasivo pure evidenziando una particolare elettività proliferativa per determinati tessuti e organi. Questo potere invasivo differisce da specie a specie e da ceppo a ceppo in relazione ai fattori di virulenza e ai meccanismi difensivi dell’ospite. Così il Bacillo Carbonchioso, lo Pneumococco, gli Streptococchi patogeni e altri microrganismi, sono dotati di un alto potere invasivo, mentre lo Stafilococco possiede questa tendenza in misura minore, addirittura altri batteri come l’agente del Tetano e quello della Difterite si moltiplicano nella zona d’entrata senza presentare alcun potere invasivo. Risulta evidente quindi come le conoscenze sui fattori di virulenza siano utilissime per una chiara comprensione delle differenze di comportamento dei batteri, anche della stessa specie, in relazione al potere patogeno e dei meccanismi per cui certi batteri risultano patogeni per alcuni organismi e non per altri ecc.. I fattori di virulenza meglio noti sono la capsula, gli antigeni superficiali, alcuni enzimi e le tossine batteriche. Oltre a questi esistono altri fattori di virulenza, poco o nulla conosciuti dato che si manifestano solo in vivo in seguito alle interazione con l’ospite e non in vitro.

I fattori di virulenza
I fattori di virulenza meglio noti sono la capsula, gli antigeni superficiali, alcuni enzimi e le tossine batteriche.
• Capsula e antigeni superficiali
L’importanza della capsula nei fenomeni di virulenza è ormai assodata: neutralizzando la capsula, i batteri normalmente provvisteni, perdono la loro virulenza. I risultati più significativi si sono avuti nelle ricerche sugli Pneumococchi, dalle quali è emerso che nei materiali patologici questi microrganismi sono sempre provvisti di capsula risultando virulenti per gli animali da esperimento anche in numero di pochissime unità cellulari; le forme prive di capsula, invece, oltre a mancare sempre nei materiali patologici, non risultano virulente. E’ possibile proteggere i topini dai vari tipi di Pneumococco immunizzandoli attivamente con i rispettivi polisaccaridi capsulari, sia passivamente con sieri immuni preparati utilizzando gli stessi polisaccaridi specifici, oppure proteggendoli con particolari enzimi in grado di idrolizzare la sostanza capsulata. Pneumococchi privi di capsula sono rapidamente fagocitati sia in vivo che in vitro, mentre quelli capsulati possono rimanere a lungo liberi nel sangue circolante degli animali da esperimento. La fagocitosi degli pneumococchi privi di capsula può essere impedita dalla presenza nell’ambiente di polisaccaridi estratti dalle capsule. Pertanto è evidente la correlazione tra capsula e virulenza , e soprattutto il ruolo antifagocitario svolto dai polisaccaridi capsulati; appare piuttosto chiaro come la capsula non sia solo un’avaria meccanica contro i fagociti ma agisca invece per la natura chimica dei suoi componenti. Un ruolo significativo nei fenomeni di virulenza hanno anche gli antigeni superficiali disposti intorno alla cellula in strato più o meno continuo. Importanti sono ad esempio la proteina M degli streptococchi enolitici di gruppo A legata alle strutture superficiali della cellula batterica, sempre rilevabile nei ceppi virulenti e che può essere allontanata mediante digestione triptica senza apportare danni alla cellula; la proteina A degli stafilococchi legata alla parete cellulare e con spiccata attività antifagocitaria, e infine l’antigene superficiale messo in evidenza come struttura periferica della cellula nella Pasteurella Pestis, considerata una vera e propria capsula dal momento che ha una precisa azione antifagocitante.
• Enzimi
Un ruolo abbastanza importante hanno due tipi di enzimi: la coagulasi e la ialuronidasi. La coagulasi è in realtà un insieme di sostanze antigene di natura proteica, relativamente stabili al calore e prodotte dagli stafilococchi. Esse provocano la coagulazione de plasma dell’uomo e di altri animali e inducono la formazione di anticorpi neutralizzanti. Inoltre ne sono state individuate sette tipi diversi per caratteristiche genetiche. In vivo le coagulasi provocano la formazione di un coagulo di plasma intorno alla cellula batterica, in modo da formare una barriera protettiva nei confronti dei fagociti. La ialuronidasi è un enzima prodotto da parecchi batteri, quali stafilococchi, streptococchi, pneumococchi e clostridi. Esso idrolizza l’acido ialunorico demolendo le mucine (abbondanti componenti dei tessuti connettivi), facendo loro perdere temporaneamente la consistenza e facilitando pertanto la diffusione dei microrganismi e dei loro prodotti. Per questa proprietà la ialuronidasi viene considerata un fattore di virulenza destinato a favorire l’invasività dei batteri che la producono.
• Tossine
Le tossine sono sostanze biologicamente attive, con funzione antigene tossiche, prodotte dalla cellula batterica o costituenti della cellula stessa. Esse riproducono negli animali gli stessi sintomi causati dai batteri produttori delle tossine stesse, indipendentemente dalla presenza dei batteri, agendo in dosi molto piccole. E’ difficile classificarle perché si tratta di sostanze di natura chimica diverse che agiscono in modo diverso su vari tessuti ed organi, pertanto è preferibile distinguerle in due grossi gruppi: le esotossine e le endotossine.
Le esotossine sono prodotti solubili che passano dal batterio all’ambiente esterno con grande facilità durante tutta la vita del batterio stesso, possono però esserci delle eccezioni: infatti spesso partecipano alla produzione di esotossine fenomeni autolitici, come si verifica per la tossina tetanica, la cui concentrazione massima nei terreni di coltura si osserva parecchio tempo dopo che si è raggiunto lo sviluppo batterico massimo, ossia quando le cellule incominciano a morire. Le endotossine invece sono frazioni della cellula batterica intimamente legate alle strutture cellulari (parete e citoplasma) che si liberano in seguito a fenomeni autolitici. Esistono anche in questo caso delle eccezioni: infatti in certi batteri (vibrioni, salmonella, escherichiapori) le endotossine si formano in seguito a un processo di produzione di materiale cellulare nella fase di moltiplicazione attiva (crescita esponenziale). Sulla base di questi dati molti autori distinguono nell’ambito delle esotossine quelle prodotte e riversate all’esterno (tossina difterica) da quelle che invece passano in parte all’esterno e in parte si accumulano all’interno (tossina tetanica). Nell’ambito delle endotossine si distinguono quelle a localizzazione citoplasmatica da quelle a localizzazione parietale. Le esotossine vengono prodotte per lo più dai betteri gram +, mentre le endotossine sono costituenti cellulari dei batteri gram -.
Le esotossine
Le esotossine sono molecole ad alto peso molecolare, sono dotate di potere antigene tossiche e sono liberate spontaneamente da alcuni batteri Gram + durante la fase di crescita attiva. Nel caso di alcuni clostridi la concentrazione maggiore nell’ambiente si ha con la morte delle cellule (mentre durante la vita del batterio la quantità che passa nell’ambiente è relativamente piccola). Per ottenere le esotossine si coltivano per alcuni giorni i batteri in terreno di coltura adatto, in modo da favorire la produzione,successivamente si filtra la coltura: il filtrato così ottenuto è limpido, privo di corpi batterici ma contiene insieme alla tossina frammenti di terreno e prodotti del metabolismo batterico, perciò viene definito tossina bruta e con opportuni trattamenti ne può derivare la tossina purificata. Per quanto riguarda la composizione chimica si è stabilito che si tratta di proteine ad elevato peso molecolare e che sono termolabili, cioè sensibili al calore, infatti vengono distrutte nel giro di mezz’ora a 60°C : fa eccezione la tossina botulinica di tipo C e D che richiede un trattamento a 100 °C per più di un’ora; questa tossina contamina gli alimenti conservati e si mantiene integra anche dopo una cottura sommaria e non prolungata e, poiché resiste anche ai succhi gastrici, può provocare facilmente casi di intossicazione grave dopo l’ingestione di cibi contaminati crudi o poco cotti .Le basse temperature non alterano minimamente le esotossine che pertanto si conservano e rimangono attive. L’invecchiamento invece altera le esotossine, che sono pertanto cronolabili, come pure la luce solare (fotolabili) e alcune sostanze chimiche. Questo fatto può essere sfruttato, in particolare la cronolabilità, per produrre l’anatossina ossia la tossina privata del potere patogeno ma che conserva il potere antigeno: le anatossine trovano oggi largo impiego nella profilassi del tetano e della difterite, in quanto hanno un elevato potere antigene, conferiscono una buona immunità e perché le antitossine di cui inducono la formazione hanno un potere neutralizzante completo ed efficacissimo. L’antitossina non è altro che il complesso di anticorpi prodotto dall’organismo ospite nei confronti delle antitossine del microrganismo. L’azione biologica delle esotossine negli animali da esprimenti si evidenzia dopo parecchie ore dall’inoculazione: ciò si verifica soprattutto con la tossina tetanica, botulinica e difterica. La dose con cui agiscono è molto bassa, bastano pochi microgrammi per produrre gli effetti lesivi, per cui la tossicità è elevata. L’azione delle esotossine è specifica per cui le alterazioni che provocano quando vengono iniettate negli animali da esperimento sono caratteristiche per ognuna di esse. L’analisi dell’azione patogena delle esotossine è molto importante per capire qual è il ruolo che esse ricoprono nelle diverse fasi del processo infettivo : alcune agiscono contro i meccanismi difensivi dell’ospite, mentre altre hanno un effetto lesivo su tessuti e organi; alcune tossine esercitano la loro azione tossica selettivamente su un unico tipo di cellula, mentre altre agiscono su diversi tipi di cellule. Così la tossina tetanica e quella botulinica esercitano un’azione meno tossica e non agiscono minimamente nei confronti dei meccanismi di difesa cellulari ed umorali dell’ospite. Esempi di tossine che agiscono sui vari tipi di cellule sono la tossina c del clostridum perfrigens e la tossina del corinne bacteria difterite: la prima è una lecitinosi che scinde la lecitina (che è un fosfolipide) componente normale delle membrane cellulari, agendo pertanto su molti tipi di cellule quali globuli rossi, cellule endoteliche dei capillari e anche la membrana mitocondivali e causando quindi sia danni strutturali che funzionali alle cellule; la seconda invece blocca la sintesi proteica impedendo il trasferimento degli amminoacidi attivati al polipeptide che si sta formando sui ribosomi: anche questo è un effetto che può essere esplicato su vari tipi di cellule. Queste esotossine, capaci di agire su diversi tipi di cellule e tessuti, favoriscono spesso l’attecchimento e la moltiplicazione dei batteri danneggiando gli epiteli di rivestimento, i fagociti ed altri elementi difensivi sia cellulari che umorali dell’ospite.
Le endotossine
Le endotossine sono frazioni strutturali tossiche dei batter Gram – e sono dotate di potere antigeno. Esse possono essere a localizzazione parietale o a localizzazione citoplasmatica e si liberano per autolisi delle cellule e in seguito a estrazione con mezzi artificiali dai corpi batterici. Le endotossine a localizzazione parietale degli enterobatteri e della maggior parte del Gram sono costituite da complessi glicolipidici ad elevato peso molecolare e termostabili, con una componente variabile di tipo proteico. Per l’estrazione delle endotossine dalle cellule batteriche si ricorre in particolari casi ad alcuni solventi poiché con l’autolisi si ottiene un prodotto batterico altamente impuro. Le proprietà delle endotossine lipolipidiche sono le seguenti:
• La tossicità è inferiore a quella delle esotossine essendo il milligrammo l’ordine di grandezza della dose letale che comunque varia da seconda della specie animale e della via di inoculazione.
• Hanno tutte un effetto pirogeno (febbre) sull’uomo e su alcuni animali.
• Per quanto riguarda l’azione biologica danno, indipendentemente dalla specie batterica da ci derivano, più o meno gli stessi fenomeni morbosi sugli animali da laboratorio. Esplicano azione nociva sui globuli bianchi e rossi e sulle piastrine e inoltre quelle localizzate superficialmente sul corpo batterico hanno un effetto antifagocitario e antitumorale. Pertanto le endotossine realizzano una duplice azione: bloccano i meccanismi difensivi dell’ospite permettendo ai batteri di attecchire e moltiplicarsi e nello stesso tempo danneggiano tessuti ed organi determinando l’insorgenza delle diverse sintomatologie. Gli anticorpi cui le endotossine danno luogo sono in grado di neutralizzarle solo in parte. Il potere tossico non si attenua con il passare del tempo ne è facile rimuoverlo del tutto attraverso mezzi chimici o fisici senza danneggiare il potere antigeno; questo comportamento crea numerose difficoltà per l’allestimento delle anatossine. Per quanto riguarda le endotossine a localizzazione citoplasmatica (che spesso coesistono con quelle a localizzazione parietale) sono state messe in evidenza nella shygella disenteriae nella pasteurella pestis e nella burdetella pertussis e nel vibrio cholerae: sono costituite da proteine ad elevato potere molecolare e sono tremolabili. Queste endotossine a pari di quelle parietali si ottengono per rottura meccanica delle cellule batteriche o mediante estrazione con mezzi chimici. Poichè si possono trovare anche nei liquidi di coltura, alcune di esse vengono considerate da molti come esotossine anche se non appaiono durante la fase logaritmica di crescita e danno difficilmente anatossine. Si differenziano dalle endotossine a localizzazione parietale oltre che più per la natura chimica, per la termolabilità e per la maggiore tossicità, inoltre alcune di esse hanno un’azione altamente specifica.

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