LEZIONE 1

Obiettivi generali della microbiologiaIl termine microbiologia indica la scienza che studia i microbi. I microbi sono per definizione degli agenti che causano malattia: i microbi oggetto di questa disciplina sono batteri (procarioti), miceti, protozoi (eucarioti). Tra i microbi vengono anche inclusi, per comodit e perch causano malattie simili a quelle causate dagli altri microrganismi, consideriamo i virus. I virus comunque non sono cellule, non hanno alcuna organizzazione vivente e hanno la necessit di parassitare le cellule; le loro dimensioni sono differenti, tanto vero che batteri, miceti e protozoi sono visibili al microscopio ottico, per visualizzare i virus invece si dovuto attendere lo sviluppo del microscopio elettronico (seconda met XX secolo). Il termine virus significa in latino veleno perch i primi microbiologi, che studiavano per i batteri in sospensione, dettero questo nome al filtrato delle colture. E importante capire il significato che questi microrganismi hanno in natura e dal momento che il nostro un corso di medicina bisogna rispondere alla domanda: Perch i microbi causano malattie, infezioni? I microbi che studiamo in medicina sono una piccola parte, potremmo dire quasi trascurabile, di tutti i microbi che esistono in natura, perch se esiste la vita sul pianeta Terra come noi la vediamo oggi, molto prima che vi fossero gli organismi pluricellulari, lo si deve al fatto che questi microorganismi hanno creato un certo ambiente; pertanto se anche gli esseri umani sono comparsi dopo milioni e milioni di anni perch batteri, miceti, protozoi e anche virus (questultimi per con un rapporto differente) hanno creato e mantengono un ciclo della vita fondamentale (ciclo del carbonio). Il ciclo della vita prevede: dal materiale organico (vegetale o animale) si ha la decomposizione e sono proprio batteri, miceti e anche protozoi che mantengono un equilibrio, trasformano le sostanze organiche in sostanze inorganiche. Le sostanze inorganiche servono alle piante per organicare il carbonio il quale costituisce il nutrimento per gli esseri che non lo possono organicare. In questo ciclo di autotrofismo ed eterotrofismo, non bisogna dimenticare che il ruolo di decompositori, cio il ruolo fondamentale in natura, dato dai batteri e dai funghi (miceti). * I funghi possono ritrovarsi anche sulle superfici corporee: occasionalmente i funghi, che vivono nellambiente per i fatti loro (quelli macroscopici li mangiamo anche!!) possono vivere anche sul nostro organismo in quanto utilizzano le sostanze organiche. Alcuni di essi provocano malattie e come tali li studiamo in microbiologia medica. Lo stesso discorso vale per i protozoi che studiamo in microbiologia medica: esempi di infezione protozoaria sono la malaria, la leishmaniosi, pneumocystis dovute a una fetta di protozoi adattati allambiente delluomo. I protozoi, i batteri e i miceti rendono ragione di tutto ci che si definisce ad es. un sistema biologico, poich mangiandosi tra di loro con un certo equilibrio numerico e di specie, mantengono e creano i presupposti perch si eseguano determinate reazioni biologiche. *Non verranno trattati altri ambiti per bene ricordare le applicazioni in microbiologia industriale (tecnologia degli alimenti) e agraria: se disponiamo di alimenti come il pane, laceto, pizza, birra, bevande fermentate come il vino, i formaggi lo si deve a processi di fermentazione dovute a batteri.

Molti farmaci inoltre vengono preparati grazie a batteri. Prima di entrare nel vivo della trattazione bisogna fare altre considerazioni, che la professoressa ripete sempre ogni anno e i cui effetti lasciano il tempo che trovano tranne che in alcune motivate persone. 1) La microbiologia che oggi studiamo non ci abbandoner mai, qualunque branca o qualunque disciplina andremo a intraprendere: non c una branca della medicina che non vede sempre coinvolti i microrganismi (pensiamo alla sterilizzazione degli strumenti medici). 2) La medicina consente oggi di salvare pazienti che prima avrebbero avuto difficolt senza opportune terapie (immunodepressi in generale), cio pazienti che avendo una immunit molto limitata sono soggetti a un gran numero di infezioni.

Quando nata la microbiologia come scienza?La microbiologia come scienza nata nella seconda met del XIX secolo quando i primi studiosi della scuola tedesca (pensiamo a nomi come Koch, Gram) cominciarono a vedere e mettere in rapporto le malattie dellepoca con i microrganismi. La prima malattia visualizzata e da cui fu isolata un microrganismo fu il carbonchio (pi modernamente chiamata antrace). Pertanto la microbiologia come scienza nasce nella seconda met del XIX secolo ma le malattie infettive e i microbi sono sempre esistiti fin dai tempi pi antichi: nei graffiti degli uomini preistorici cerano gi disegnate figure che claudicavano per la poliomielite! Qualunque racconto di epoca biblica riporta la lebbra come una malattia antica, il vaiolo ha decimato popolazioni intere, la sifilide stata una malattia sociale, la tubercolosi ha rappresentato unepoca. Questo per capire che le malattie ci sono sempre state per mentre un tempo luomo le addebitava al destino, al fato, alle punizioni divine poi invece ha scoperto lorigine, la causa di questo tipo di malattie. La microbiologia nata come scienza nella seconda met del XIX secolo ma si dovuto attendere un altro secolo, grossomodo dopo la scoperta degli acidi nucleici per arrivare i virus nelle loro entit e ancora oggi le scoperte che vengono fatte sono tante e importanti. *Tra le variet di fossili (ossa, conchiglie) sono presenti pochi batteri ma alcuni studiosi affermano che il famoso meteorite da cui secondo loro deriva la vita sulla terra fosse pieno di queste formazioni che rappresentavano ammassi, colonie di batteri fossili.

BATTERIOLOGIAI batteri di cui ci interessiamo in microbiologia medica quindi non sono n i pi numerosi n i pi belli .Una volta delimitato il nostro campo di indagine, ci occuperemo quindi dei batteri che hanno attinenza con luomo, che hanno le nostre stesse esigenze. In natura vi sono batteri che vivono nei ghiacci o nelle fonti termali a 80 C: chiaramente mai e poi mai daranno infezioni alluomo o avranno con luomo un rapporto. Non c un ambiente nel mondo conosciuto vivente che non sia colonizzato da batteri (gli stessi mitocondri sono derivati da inclusi batterici), i batteri sono molti pi antichi delle altre cellule eucariotiche. Ci interessiamo quindi dei batteri che vivono alle nostre temperature i quali vengono definiti mesofili. Quando infatti si fa la diagnostica microbiologica lincubazione e i termostati sono tarati a 37C e lo stesso principio vale per le pressioni atmosferiche, per il pH. La piccola parte di batteri che hanno attinenza con luomo rappresentata comunque da migliaia e migliaia di specie diverse di cui alcune vivono in ottimo equilibrio con luomo, pensiamo alla flora microbica intestinale, cutanea e vaginale, la flora del cavo orale. Di questi solo alcune in determinate condizioni possono causare malattie anche gravi, importanti, che derivano da un bilancio tra il potere patogeno dei microrganismi e difesa dellorganismo che non pu combattere i microrganismi stessi. Dunque alcuni di questi microrganismi o per la loro patogenicit o perch lorganismo incapace di difendersi, possono causare malattie. Questo principio vale sia per i batteri che per i miceti e i protozoi (in un certo anche i virus).

Differenze tra batteri e cellule eucarioticheConsideriamo ad es. il rapporto che c tra una cellula eucariota come un globulo bianco (oppure anche i funghi e i protozoi) rispetto a un batterio (E. Coli) e rispetto a un virus. Cosa significa cellula procariota? Si tratta di una cellula priva di nucleo e che presenta un genoma rappresentato da un cromosoma, cio il singolo pezzo del corredo genetico costituito da acido nucleico. Lacido nucleico ha una struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria ed molto spiralizzato. Il genoma della cellula procariota rappresentato da un cromosoma di forma circolare (non il DNA bens il cromosoma ad essere di forma circolare per la prof cos). I batteri si dividono per scissione binaria, gli eucarioti per mitosi. Qual la differenza? I procarioti si dividono per scissione binaria nel senso che il cromosoma circolare si separa con un meccanismo molto rapido in due met identiche (per capire la dinamica pensiamo a quando in bicicletta la camera daria si separa dal copertone). Lelemento che rende la scissione binaria differente dalla mitosi, cio la divisione della cellula eucariota (funghi, protozoi) il tempo. Consideriamo la specie umana con 23 coppie di cromosomi: per ripartire esattamente questo genoma sottoforma di cromatidi bisogna creare il fuso, sono necessarie pi fasi che portano alla equa ripartizione del materiale genetico. Il batterio in 15 minuti si duplica, non ha da formare la struttura del fuso. Questo significa che il batterio molto semplicemente divisibile, di replica in fase logaritmica cio si moltiplica con delle curve di crescita particolari.

Nellarco di 24 ore da un batterio se ne ottengono centinaia di migliaia di milioni, i quali conferiscono in questo modo una certa sintomatologia, che rispondono o meno alle terapie. Le cellule eucariotiche oltre alla mitosi possono eseguire anche la meiosi, un processo ancora pi complicato che serve alla produzione di gameti aploidi che si fondono per formare un individuo differente. Le cellule eucariotiche come anche i funghi (miceti) e i protozoi alternano la divisione mitotica e la divisione meiotica. Sia nei miceti che nei protozoi vedremo c una alternanza di fase agamica (asessuata) e fase gamica (sessuata). I batteri non hanno queste caratteristiche ma presentano un tipo di riproduzione che molto pi turbinosa, cio molto pi rapida. Le altre piccole differenze tra cellula eucariotica e procariotica riguardano gli organuli, i quali negli eucarioti sono tanti mentre gli unici organuli presenti nei procarioti ed essenziali affinch si svolgano le 4 funzioni fondamentali della cellula sono i ribosomi. I ribosomi dei procarioti sono comunque pi piccoli di quelli eucarioti. Perch ci interessano le diversit tra le cellule batteriche e quelle umane? Luomo ha sfruttato le differenze tra le cellule batteriche e quella umana per creare delle armi, cio gli antibiotici! Il batterio quindi ha delle strutture differenti, pi bersagli da utilizzare rispetto ai miceti e ai protozoi, come dimostra il fatto che disponiamo di migliaia di antibiotici, mentre gli antimicotici e gli antiprotozoari sono pi ridotti e ancora meno antivirali. Il motivo per cui disponiamo di pochi farmaci contro la maggior parte delle infezioni virali e se quelli che abbiamo sono tossici e si utilizzano solo in caso di necessit, sta proprio nel fatto che il virus penetra allinterno della cellula e quindi il bersaglio la cellula stessa! La diversit tra batteri e cellula eucariota viene quindi sfruttata per utilizzare dei sistemi validi per combatterli.ALTRE DIFFERENZE TRA BATTERI E CELLULE EUCARIOTE:

La parete cellulare La membrana citoplasmatica presente sia negli eucarioti che nei batteri poich importante per delimitare il materiale vivente. Ricordiamo che la membrana cellulare un foglietto trilaminare dotato di una semipermeabilit per mentre le nostre cellule dispongono solo di questa membrana, i batteri hanno una struttura in pi che prende il nome di parete cellulare, la quale anchessa bersaglio dellazione di antibiotici, in particolare le penicilline (che ritroviamo comunque anche nei funghi seppure diversa). La parete cellulare dei batteri costituita da peptidoglicani: - NAM (N-acetil-glucosamina) e soprattutto NAM (N-acetil-muramico) il quale esclusivo dei batteri. I peptidoglicani sono quindi costituiti da 4-5 amminoacidi legati a degli zuccheri (vedi pag. 79). Il peptidoglicano fondamentale per i batteri perch: 1. Ha caratteristiche antigeniche 2. Conferisce la forma caratteristica dei batteri ma soprattutto fornisce sostegno, protezione un problema di pressione: proprio per il fatto che il batterio conduce una vita molto tumultuosa, con una riproduzione rapida, presenta una quantit di soluti allinterno e una pressione osmotica

enormemente elevata rispetto allambiente esterno (che per un batterio patogeno umano pu essere il sangue, i tessuti). Il batterio si trova quindi a dover difendere una quantit di soluti incredibilmente elevata: la parete cellulare gli serve per mantenere questa pressione osmotica. Se non ci fosse la parete cellulare il batterio, immerso in un liquido con una minore pressione osmotica (ipotonico), il batterio si rigonfierebbe, assorbe acqua e muore. Le penicilline fanno esattamente questo! La parete cellulare fondamentale per mantenere il batterio con una pressione osmotica elevatissima. La pressione osmotica notevole appunto perch il batterio ha una capacit di adattamento sorprendente rispetto alle altre cellule e riesce quindi in ogni substrato a metabolizzare in certi modi. !! Come sempre per ci sono le eccezioni: c una famiglia molto interessanti di batteri, i micoplasmi, che non hanno la parete cellulare. La parete cellulare presenta 2 diverse conformazioni: in una buona met di batteri (batteri grampositivi) la parete cellulare molto spessa, i peptidoglicani sono attraversati da terminazioni di acidi teicoici con funzione antigene (pag. 81, figura 2.13) mentre nellaltra met di batteri (gramnegativi) la parete cellulare, il peptidoglicano sottile ma esternamente c unaltra membrana uguale a quella citoplasmatica, di natura quindi lipopolisaccaridica (pag. 84, figura 2.15). La membrana esterna ha 2 caratteristiche fondamentali: c uno spazio periplasmico, ma lelemento essenziale rappresentato dalla struttura che esternamente ha funzione antigene per il batterio e internamente (endotossina) ha una struttura fondamentale per la tossicit di questo tipo di batteri gram-negativi chiamata lipide A. Il lipide A una struttura lipidica fondamentale per la patogenicit dei batteri e rappresenta una tossina molto importante che, proprio perch costitutiva della cellula batterica, chiamata endotossina. I batteri gram-negativi quindi hanno una loro patogenicit gi solo per la presenza di questa struttura (lipide A), la quale si trova nella parte interna, del foglietto esterno della membrana esterna lipopolisaccaridica (vedi figura). Viene chiamata endotossina e la vedremo in rapporto alle esotossine prodotte invece dai batteri gram-positivi, i quali non hanno questa struttura, non hanno questo tipo di patogenicit e devono quindi produrre allesterno le loro tossine, chiamate per questo esotossine. Il termine gram-positivi o gram-negativi dipende da una colorazione, la colorazione di Gram. Gram era un batteriologo tedesco di fine 800, il quale ide questa colorazione in tempi nei quali non cera il microscopio elettronico, le ultrastrutture non erano spiegate. La colorazione di Gram un tipo di colorazione dicromica, utilizza due coloranti, prima il viola e poi il rosso.

LEZIONE 2

Le infezioniIn che modo i batteri riescono a causare malattie e come distinguiamo queste malattie? Per rispondere a questa domanda sar importante anche accennare ai rapporti di simbiosi, cio i rapporti che due creature stabiliscono tra di loro. I rapporti che i batteri, come anche i miceti, i protozoi (per i virus un po pi difficile poich non sono viventi) stabiliscono con luomo possono essere di simbiosi (letteralmente vita assieme). Questa vita assieme comunque pu essere favorevole per entrambi oppure indifferente, nel senso che ciascuno sfrutta determinati vantaggi ma con la sua presenza non apporta alcuna utilit: in questo caso si parla di commensalismo. In altri casi uno dei due organismi ha il vantaggio di utilizzare sostanze, materiale nutriente dellospite ma causa un danno: in questo caso si parla di parassitismo. Pertanto simbiosi significa vivere insieme, si potrebbe chiamare anche di simbiosi mutualistica; se per questo vivere assieme causa un danno si parla di parassitismo. I microrganismi parassiti quindi non sono differenti dagli altri, soltanto che in certe condizioni elaborano o sviluppano delle capacit patogenetiche tali da causare linfezione. In altri casi i microrganismi possono non avere grandi capacit di causare linfezione, ma poich linfezione risulta da un equilibrio tra le armi dei microrganismi e difese dellospite, pu accadere che pur non avendo una grande capacit patogena, se le difese dellospite sono talmente carenti o mancano, qualunque microrganismo pu diventare patogeno e sviluppare la sua virulenza. La microbiologia studia la capacit patogena dei microrganismi, le reazioni di difesa sono studiate nella materia parallela che la patologia generale, limmunologia, anche se chiaramente gli interscambi, le connessioni tra le due materie sono tante. Quando parliamo di microrganismi infatti parliamo anche di antigeni che susciteranno nellospite una reazione immune. La microbiologia studia dunque i microrganismi con le loro capacit patogenetiche, limmunologia studia il modo in cui lindividuo si difende. Si parla volutamente in generale di microrganismi dal momento che questo concetto vale sia per batteri, miceti, protozoi e virus. Nel nostro caso si parla di batteri ma il concetto di infezione unico e addirittura quando si fa diagnostica le reazioni sono grossomodo le stesse, per concettualmente un conto la ricerca microbiologica, cio andare a cercare lantigene in un materiale patologico, un altro conto lindagine sierologica, cio andare a ricercare gli anticorpi contro quellantigene. In microbiologia medica ci si interessa di microrganismi che provocano processi morbosi e chiaramente se un microrganismo causa un processo morboso lo definiamo patogeno. Vengono definite malattie da infezione le malattie sostenute da batteri, miceti, protozoi e virus per c un problema: quali sono i casi in cui avviene uninfezione? 1. Linfezione avviene perch a un certo punto un microrganismo normalmente presente nella flora umana che vive in simbiosi ( cio un batterio commensale, ne sono presenti centinaia di miliardi nellintestino, nel cavo orale) aumenta enormemente di numero, non viene pi controllato dalle difese locali, si riproduce in maniera vistosa e causa uninfezione. Alcuni esempi sono rappresentati dallascesso, la peritonite, la colite etc.. Il batterio si riproduce e causa quindi un processo infettivo

2. Oppure pu accadere che sempre lo stesso microrganismo commensale venga a trovarsi in un altro distretto del nostro organismo e cos facendo elabora dei sistemi per poter causare infezione. Un esempio rappresentato, soprattutto nelle donne, dalla cistite, uninfezione urinaria. I microrganismi pi frequentemente responsabili di queste infezioni sono batteri (ceppi uro patogeni) che si trovano normalmente nellintestino: spostandosi in un altro distretto per il quale hanno affinato dei particolari sistemi di adesivit causano infezione. Lo stesso discorso vale per tutte le infezioni che si possono avere nei pazienti ricoverati in reparti di rianimazione, le infezioni chirurgiche: tutte patologie che vedono la presenza di microrganismi che fanno parte normalmente del nostro organismo. *Se vero che lorganismo umano che difende nei confronti di questo tipo di microrganismi anche vero che la scienza fa in modo che anche soggetti con patologie gravi che un tempo non avrebbero consentito la vita, oggi sopravvivono; in caso di trapianti, pazienti oncologici, in ematologia, pazienti sottoposti a manovre strumentali (biopsie, endoscopie), pazienti sottoposti a terapie invasive si tratta di pazienti che hanno una particolare facilit nellacquisire infezioni sostenute da microrganismi molto banali presenti nellorganismo. Questi due casi di enorme espansione numerica oppure trasferimento da sito a sito sono dette infezioni endogene, invece quando un microrganismo arriva dallesterno si parla di malattie da infezione esogena. In genere gli individui che sono pi maggiormente soggetti alle infezioni endogene sono i pazienti ricoverati negli ospedali, i prematuri, gli anziani, gli operati, in relazione alle condizioni immunitarie, tuttavia importante poi ricordare che le infezioni endogene non sono malattie infettive! Per linfezione esogena un esempio pu essere rappresentato dallinfluenza, che spesso si acquisisce in comunit, da microrganismi che provengono dallesterno e possiedono dei sistemi e delle armi capaci di causare linfezione. Le malattie da infezione esogena sono spesso infezioni comunitarie (ad es. le infezioni ambulatoriali). Tra le malattie da infezione esogena riconosciamo e molto spesso le indichiamo come sinonimi le malattie infettive (tubercolosi, peste, influenza, raffreddore), cio malattie che rispondono ai famosi e importanti postulati di Koch, che possiamo riassumere molto brevemente. *Ricordiamo che Koch era un medico e scopr il bacillo di Koch, tuttavia il primo microrganismo trovato fu quello del carbonchio. Il carbonchio di estrema attualit infatti se ne parla ancora oggi come arma biologica (antrace). Koch intu per la prima volta lesistenza di un nesso tra animali malati e uomo e riusc finalmente a vedere nel sangue questi microrganismi. I postulati di Koch possono essere considerati i capisaldi delle malattie infettive. Le malattie infettive rispondono ai postulati di Koch e sono quelle che: - innanzitutto si trasmettono da malato a sano - hanno un determinato andamento clinico, una determinata sintomatologia e un protocollo terapeutico Pertanto queste malattie hanno determinate caratteristiche che le fanno riconoscere come malattie infettive (ad es. la tubercolosi, il tetano, il carbonchio, lHIV, lepatite virale, il morbillo etc). Le malattie infettive hanno quindi provenienza dal mondo esterno, cio microrganismi che hanno la loro sorgente in altri animali o in altri esseri umani infetti, cio il cosiddetto contagio. La trasmissione di queste infezioni avviene quindi da uomo a uomo, tramite contatto con animali (le cosiddette zoonosi come la brucellosi) oppure attraverso mezzi inanimati (ad es. il tetano, lepatite se consideriamo lacqua, cio lepatite alimentare, la salmonellosi, il tifo).

Come si trasmettono le infezioni?E chiaro che ci riferiamo alle infezioni esogene, quindi malattie infettive. Le malattie si possono trasmettere per via aerea (tipicamente lo starnuto addirittura vi sono degli studi che dimostrano come uno starnuto a distanza pu causare determinate infezioni, uno starnuto ravvicinato ne pu determinare altre). Le altre vie di trasmissione sono rappresentate dallingestione di alimenti o bevande contaminate, cio la via alimentare (ad es. salmonellosi, lepatite, il colera). * Eimportante comunque sottolineare che la salmonella vive nellintestino e viene eliminata attraverso gli scarichi fognari o attraverso la contaminazione di insetti (mosche o altro) va a finire sugli alimenti e luomo ingerisce lalimento dove c una bella quota di salmonella (frutti di mare, frutta innaffiata con acqua contaminata). Di fatto quindi le infezioni pi frequenti che si acquisiscono per via alimentare sono tutte dovute al circuito oro-fecale disseminazione attraverso il materiale fecale di microrganismi che poi vengono ingeriti. Unaltra via di trasmissione la via sessuale, dal malato al sano; un esempio rappresentato dalla sifilide. Dopo aver esaurito la trasmissione che riguarda lintestino (via alimentare), la respirazione (via aerea) e gli organi sessuali (via sessuale), laltra via attraverso la quale si possono trasmettere le infezioni la cute! Nel caso della malaria ad es. la puntura della zanzara, ma si possono avere anche altri casi come il tetano o ancora i microrganismi che si localizzano proprio sulla pelle. La tipologia di trasmissione per via cutanea si intende comunque modernamente divisa perch ad un altro caso riguarda le infezioni acquisite direttamente attraverso il sangue. In precedenza queste infezioni non erano presenti per cui la via di trasmissione attraverso la pelle era considerata unica, adesso invece sono importanti perch lHIV, lepatite B, lepatite C, ci portano a considerare questaltra possibile via di trasmissione attraverso il sangue (ma chiaro che anche in questo caso deve essere rotta lintegrit cutanea). La quarta via di trasmissione quindi quella per la quale insetti, morsi o traumi accidentali possono veicolare agenti infettivi. Consideriamo il caso delle zoonosi infezioni trasmesse e in comune con gli animali, dove un esempio tra tutti rappresentato dalla brucellosi e per certi versi anche la salmonellosi. La brucellosi o anche il carbonchio sono malattie tipiche del bestiame che vengono acquisite dalluomo. Anche la peste una zoonosi, proprio perch il batterio della peste si localizza nella pulce la pulce infetta il ratto il ratto in promiscuit con luomo luomo si infetta. Finch si tratta di questo tipo di infezioni, da uomo a uomo, si parla di trasmissione orizzontale. I casi di infezione che vengono trasmessi per via verticale sono quelle che si trasmettono alla progenie, cio quelle che si definiscono congenite (vedi agenti TORCH virologia). Un esempio di infezione che si trasmette verticalmente, cio alla progenie, rappresentato dalla sifilide, citomegalovirus, toxoplasma (protozoo). vedi tabella 1.3 pag. 8 Per quanto riguarda le tipologie di trasmissione verticale ve ne sono potremmo dire 2 e mezzo, ciascuna di esse caratterizzata da batteri, virus, protozoi e miceti: - infezione congenita (nellutero durante la gravidanza, linfezione pi frequente). - infezione perinatale, che avviene nel momento della nascita - infezione postnatale

Ma perch 2 e mezzo? Il termine mezzo riferito alla via che viene definita postnatale, dal momento che logicamente se il bambino gi nato (postnatale) e quindi la trasmissione potrebbe essere considerata orizzontale ma siccome il rapporto con la madre attraverso lallattamento durante i primi giorni di vita molto stretto, linfezione postnatale si intende essere verticale.

Quali sono i fattori che determinano linsorgenza delle malattie da infezione?Le infezioni (endogene o esogene che siano) avvengono in seguito a diversi fattori: 1) la carica microbica; ovviamente maggiore la quota di microrganismi maggiore la possibilit che questi diano uninfezione. Per abbassare la carica microbica normalmente si ricorre alla disinfezione e antisepsi. * Prima di un intervento chirurgico si utilizza la tintura di iodio proprio per ridurre la carica infettante. 2) reazione del sistema immune; le reazioni del sistema immune possono essere umorale e cellulomediata (specifica) mentre le principali difese aspecifiche sono rappresentate dallintegrit cutanea, la saliva, lurina, la peristalsi, le lacrime e la fagocitosi. Tra le difese aspecifiche dellorganismo una componente essenziale e molto vistosa spetta proprio alla flora microbica commensale dellorganismo! Sembra strano ma la principale difesa nei confronti delle infezioni proprio data dalla flora microbica commensale che ritroviamo nellorganismo. Per quanto riguarda poi la pelle, questa costituisce una barriera incredibile nei confronti delle infezioni ma non si tratta soltanto della integrit ( ovvio che se la pelle si lacera e la ferita esposta, dallesterno i microrganismi penetrano con molta pi facilit); la pelle o potremmo dire lecosistema cutaneo, proprio per avere una componente microbica incredibilmente elevata, rappresenta la migliore difesa nei confronti delle infezioni (dal momento che grazie a questi rapporti di simbiosi e mutualismo, avendo il terreno occupato, difficile che i microrganismi dallesterno riescano a colonizzare). 3) il terzo fattore la virulenza; Per definizione un microrganismo si definisce patogeno quando capace di causare malattia, pertanto la patogenicit la capacit di causare malattie. * La patogenicit pu essere considerata quasi come il carattere dei microrganismi, proprio come alcuni di noi sono pi estroversi, altri pi introversi, alcuni di noi sono pi aggressivi, altri meno. Ci che importante per la virulenza, cio il modo in cui questo grado di patogenicit si esprime. *Ritorniamo allesempio del carattere: se una persona lontana, chiusa, non pu esprimere la sua violenza mentre se uno invece anche meno aggressivo per si trova ad azzuffarsi con degli amici la esprime. La virulenza quindi lespressione della patogenicit ed chiaramente anche in relazione con lospite. Si parla di infezione quando si ha contatto e adesione tra il microrganismo patogeno e ospite sensibile, per cui linfezione si ha sempre quando si verifica il contatto tra uomo e microrganismo, per non sempre ad ogni infezione succede la malattia!! In definitiva quindi levoluzione verso la malattia dipende dalla virulenza, cio da come il microrganismo patogeno esprime le sue armi, se trova le condizioni ideali per esprimerle; dalla carica infettante e dai meccanismi di difesa.

Linfezione quindi il contatto tra microrganismo e uomo (dal momento che siamo in medicina); questo contatto pu avere diverse tipologie, allinfezione pu seguire linfezione conclamata, linfezione inapparente (cio uninfezione che non arriva a dare sintomatologia); inoltre si pu arrivare alla morte o alla guarigione, cio sono diverse le tipologie delle infezioni in relazione proprio alla virulenza, alla carica e ai meccanismi di difesa del soggetto.

LEZIONE 3

Patogenicit battericaPer quanto riguarda i rapporti tra due esseri viventi il mutualismo un beneficio reciproco, il commensalismo un rapporto di simbiosi quasi indifferente tecnicamente, dal momento che non c un beneficio reciproco anche se qualcuno ha dei vantaggi ed entrambi sicuramente non vengono danneggiati. Un esempio di commensali costituito dai microrganismi presenti sulla cute, nel cavo orale: questi microrganismi ricevono da noi nutrimento, temperatura ottimale, protezione e in cambio colonizzano impedendo che dallesterno altri microrganismi possano trovare vacante il sito e impiantarsi. Un esempio di mutualismo rappresentato invece dalla flora intestinale, poich la flora intestinale oltre che essere commensale (cio utilizza le nostre sostanze) svolge delle funzioni attive nel senso che produce delle vitamine, elabora metaboliti. * Lesempio classico di mutualismo quello del mollusco e della conchiglia, uno si muove e laltro protegge Si parla di parassitismo quando lospite subisce un danno che pu andare da nessun effetto a grave. Dalla cooperazione nasce leubiosi che in contrapposizione alla disbiosi, cio disequilibrio a favore dei microrganismi. E importante sottolineare che appena luomo nasce viene gi colonizzato da batteri, anche se vi sono nel corso della vita diverse variazioni perch sono diversi i rapporti che si instaurano, le condizioni fisiologiche della flora del nostro organismo. Possiamo fare riferimento alla flora vaginale: questa rimane di un certo tipo fino alla pubert, poi cambia e prevalgono dei batteri che sono deputati alla difesa del distretto impedendo che dallesterno altri colonizzatori possano intervenire.

Patogenicit battericaInvasivit: capacit di invadere i tessutiattraverso le seguenti tappe:Colonizzazione (aderenza e moltiplicazione) Capacit di superare le difese dellospite Produzione di sostanze extracellulari che facilitano linvasione batterica

1) Colonizzazione Ma cosa significa colonizzare? Cosa significa competere per il sito? Se non si comprendono questi concetti difficilmente si capisce il concetto dellinfezione. Colonizzare significa fondare colonie quando vi sono alcuni requisiti: - Bisogna trovare le condizioni migliori, i contesti ambientali e nutrizionale - E poi soprattutto si colonizza quando non c nessuno!! I batteri e tutti gli altri microrganismi formano colonie quando trovano le condizioni idonee ma soprattutto quando il campo non occupato da altri abitanti. Affinch un microrganismo con le sue armi possa essere in grado di iniziare un processo infettivo deve colonizzare, si deve moltiplicare, deve produrre progenie, per cui deve impiantarsi. Questo spiega perch le lesioni di continuo della cute, le condizioni in cui lintegrit dellorganismo alterata, rappresentano il primo momento affinch i batteri dallesterno trovino campo libero. Le mucose costituiscono ovviamente una zona in cui c una carica microbica enormemente elevata e questa carica rappresentata da una flora residente e una flora di passaggio. La flora residente quella stabile, la flora di passaggio quella che transita attraverso gli alimenti, attraverso il respiro, i rapporti sessuali per cui anche potenzialmente patogena e se trova il vuoto si impianta. Il termine colonizzare si utilizza anche per i miceti, si utilizza anche per altri microrganismi ma non per i virus! Non ci sono virus che fanno parte stabilmente del nostro organismo. Quali sono le armi che ha un batterio o un microrganismo in generale per colonizzare? Intanto il primo passo dellinfezione quello di trovarsi in un sito ma prima di colonizzare, cio formare colonie e riprodursi un batterio si deve legare, deve fissarsi: si dice tecnicamente che deve aderire. La prima fase della colonizzazione microbica quindi laderenza. I batteri dispongono di ciglia, hanno strutture dette fimbrie o pili, le quali possiedono delle sostanze in grado di determinare un processo di coesione fra recettori e adesivo: si tratta quindi di processi chimici. Le fimbrie hanno delle terminazioni strutturate in maniera tale da legarsi a dei recettori

nellorganismo ospite. La adesivit quindi un concetto fondamentale, il primo: se un batterio o un microrganismo in genere non si ferma, non si lega a un recettore chiaro che non pu causare linfezione. * Deve esserci per sempre il presupposto del sito libero perch altrimenti il recettore non libero, se il sito occupato da altri batteri non pu avvenire il legame. Se il batterio si trova nelle condizioni ideali inizia a moltiplicarsi, quindi colonizza: colonizzare significa proprio fondare colonie. Si dice che un organismo viene colonizzato dal momento in cui nasce: alla nascita gi dal canale del parto o subito dopo se il parto non avviene per via naturale, il bambino viene colonizzato da microrganismi, generalmente quelli che gli serviranno per tutta la vita. 2) Capacit di superare le difese dellospite Il batterio deve essere in grado ovviamente di non farsi distruggere dalle opportune e valide difese dellorganismo. In questo ambito rientrano i concetti dellimmunologia e delle difese dellorganismo. Pi un organismo competente dal punto di vista immune, pi esso in grado di antagonizzare la colonizzazione dei microrganismi provenienti dallesterno. Si tratta di un concetto molto ampio e molto logico sul quale non ci soffermeremo molto, ma possiamo fare qualche esempio: a chi non capitato usando uno spazzolino da denti nuovo di far uscire una gocciolina di sangue dalle gengive, ma nessuno mai ha problemi per questo; un soggetto cardiopatico, o immunodepresso grave invece, che non riesce a contrastare questa infinitesima batteriemia transitoria, ne riceve un danno. Le endocarditi gravi, le quali vengono sostenute da batteri guarda caso presenti nel cavo orale, hanno proprio questa origine. Pertanto quello che per un soggetto immunocompetente trascurabile, per un organismo che ha delle carenze immunitarie un evento grave e potremmo fare tanti altri esempi in relazione a diversi soggetti (operati, prematuro, anziano, soggetti trapiantati). A questo proposito esiste una importante branca della microbiologia, la microbiologia clinica, che correla il deficit immunologico con la frequenza o la incidenza di un certo tipo di infezione. Il soggetto trapiantato, il soggetto con HIV ha un certo tipo di possibilit di avere infezioni da parte di certi microrganismi. Quali sono le condizioni che predispongono il soggetto HIV positivo a morire poi di AIDS? LHIV abbassa le difese specifiche, limmunit umorale, limmunit cellulo-mediata. Si muore quindi di pneumocystis, di micosi, candidosi esofagea. Infatti proprio limmunit cellulo-mediata del soggetto che normalmente elabora le sue difese contro un certo tipo di protozoi, di miceti e un certo tipo di batteri. In mancanza di quella difesa chiaro che proprio questi microrganismi ambientali (non patogeni classici dei postulati di Koch), ma si tratta di batteri che in queste superfici sono presenti in quantit elevate che possono causare infezione. In definitiva la capacit di superare le difese dellospite un punto cardine delle infezioni: pi luomo manca di difesa, pi il microrganismo in grado di superare le difese. E chiaro che limmunit cellulare con la sua complessit un tipo di immunit, limmunit umorale un altro tipo di immunit, limmunit aspecifica o anche basata sulla fagocitosi, il muco, la saliva, le lacrime o sul flusso dellurina un altro tipo di immunit.

*Cos la fagocitosi? Cosa c allesterno di una cellula? Qual una delle capacit di superare le difese dellospite che alcuni batteri hanno? La fagocitosi viene esercitata da globuli bianchi, macrofagi. La fagocitosi un processo affascinante, si tratta di reazioni chimiche in cui sono coinvolti i radicali liberi dellossigeno. La fagocitosi uno dei processi pi importanti. La struttura con la quale il batterio si oppone alla fagocitosi tramite lesposizione di recettori di membrana che vengono esposti unendosi ad es. in una struttura che avvolge il batterio e prende il nome di capsula: la capsula uno degli elementi di patogenicit indiretta pi forti che il batterio possiede. Si parla di patogenicit indiretta perch il batterio non produce delle sostanze ma avendo la capsula il batterio ha unarma in pi, ha una patogenicit che i batteri non capsulari non possiedono. La capsula ovviamente si oppone alla fagocitosi quindi basta verificare se un batterio ha la capsula per poter prevedere che sia patogeno. Per quanto riguarda la genetica batterica, questa verr appena accennata, ma comunque tutti gli studi sulla genetica batterica vedono in grande evidenza la trasformazione che si pu avere da un ceppo capsulato a un ceppo non capsulato o viceversa da un ceppo non capsulato che, se viene a contatto con materiale (anche morto) capsulato, pu sintetizzare la sua capsula. Quando si legge delle variazioni da fase S (smooth, liscio) con capsula, proprio perch la capsula formata da glico-polisaccaridi e conferisce un aspetto liscio, a fase R (rough, rugoso). Quando si passa dalla fase S alla fase R si perde la capsula, quindi si perde anche la patogenicit, la capacit di superare le difese dellospite. ! Un esempio di batterio capsulato rappresentato dallo Pneumococco, il quale stato studiato per i vari esperimenti di genetica (studi di Griffith) e se perde la capsula perde la sua patogenicit. Questa caratteristica non esclusiva dello Pneumococco ma la ritroveremo anche in molti Enterobatteri. La capsula comunque anchessa sede di antigeni, i quali essendo sulla capsula sono detti antigeni capsulari: si tratta dei famosi antigeni K. * Proprio perch i primi microbiologi furono tutti tedeschi e in tedesco capsula si scrive kapsel. Quindi per i batteri che la possiedono sulla capsula troviamo gli antigeni capsulari e la capsula rappresenta essa stessa un mezzo attraverso il quale il batterio riesce a superare le difese dellospite ed essendo composta da glico-polisaccaridi presenta diversi stadi di aggregazione che vanno dalla capsula rigida (come noi intendiamo il rivestimento capsulare) allo strato mucoso extracellulare. Oltre la capsula vedremo come si innesca facilmente il biofilm,, unaltra problematica importantissima in microbiologia: si tratta di una difesa extracellulare gelatinosa di mucopolisaccaridi e glicopolisaccaridi che rendono il batterio altamente resistente. * A questo proposito tutti sappiamo che si possono verificare le infezioni delle protesi: uninfezione della protesi avviene con pi frequenza ad es. di uninfezione urinaria se un soggetto ha un catetere. Se ad un paziente operato a unanca viene messa una protesi e questo impianto va male perch si infetta c un motivo ben preciso: su quelle sostanze estranee (specialmente resine e materiali sintetici o altro c una particolare capacit di produrre biofilm, cio i batteri elaborano questo strato gelatinoso che li difende nei confronti delle difese dellorganismo. Pertanto da medici quando si utilizzeranno dei cateteri bisogna stare attenti ad evitare che vengano colonizzati proprio per questo motivo, per impedire linsorgenza dei biofilm che sono micidiali perch danno ai batteri molte armi in pi; e non stiamo parlando comunque di batteri patogeni (postulati di Koch) ma parliamo di batteri che ritroviamo normalmente nel nostro organismo.

3) Tossigenicit La patogenicit dovuta per prima cosa alla invasivit, cio la capacit di invadere i tessuti attraverso determinate tappe che abbiamo visto (colonizzazione e capacit di superare le difese dellospite). Lultima tappa, secondo alcuni la tappa decisiva che qualifica linvasivit, la produzione di sostanze extracellulari che facilitano linvasione batterica. Che significa invasione batterica? Qual il destino di un batterio patogeno? Lobiettivo di un batterio patogeno agguerrito che supera le difese dellorganismo quello di arrivare al sangue. Il destino, il sogno di batteri, virus, protozoi e miceti quello di arrivare nel torrente ematico: in tutte le patologie infettive che studieremo il batterio deve raggiungere il sangue. Per arrivare al sangue il batterio deve superare i tessuti, lepidermide e unarma che i batteri possiedono a questo scopo quella di produrre sostanze extracellulari che ne facilitano linvasione e larrivo nel sangue, sostanze extracellulari aggressive chiamate tossine citotossiche. Si tratta di sostanze che alterano lintegrit della cellula presso la quale si trovano: ad es. la collagenasi, la ribonucleasi, le emolisine. Queste sostanze rappresentano elementi di patogenicit attraverso i quali i batteri riescono a creare un danno attraverso i tessuti per arrivare al sangue. La produzione di queste sostanze d ai batteri la capacit di penetrare allinterno delle cellule. La tossinogenesi serve proprio per la patogenicit, per lespressione del grado di patogenicit che ci porta allinfezione. Fino a questo punto i batteri hanno esercitato indirettamente la loro patogenicit, legandosi e invadendo i tessuti, adesso devono lottare producendo le famose tossine. Di queste tossine ve ne sono 2 tipi differenti: Endotossine E un elemento che riguarda il foglietto esterno lipopolisaccaridico della parete cellulare dei batteri gram-negativi. Questo foglietto esterno nella parte interna porta una sostanza chiamata LPS, lipopolisaccaride di superficie che la sede di una struttura, di un elemento fondamentale per la patogenicit dei gram-negativi che prende il nome di endotossina. Lendotossina di per s produce i suoi danni e viene chiamata endotossina proprio perch un elemento costitutivo del batterio gram-negativo (non corretto dire che lendotossina viene prodotta). Le endotossine possono essere comunque liberate quando il batterio muore per lisi o per azione di molti antibiotici. * Tutti noi abbiamo sentito parlare di una patologia chiamata shock settico vedi pag.165 fig. 7.15 LLPS agisce sulle immunoglobuline (IgE), sulle mast cellule che attraverso dei mediatori aumenta la permeabilit vascolare, con ipotensione e infine shock. L LPS agisce oppure sulle cellule endoteliali, agisce sui macrofagi, leucociti polimorfo nucleati attraverso la cascata dellinterferon, delle interleuchine, agisce sul fegato, sul complemento, sulle piastrine e quindi su tutto il meccanismo di coagulazione. L LPS quindi responsabile dello schock endotossico da gram-negativi. Esotossine Le esotossine, come dice lo stesso nome, sono tossine di natura proteica liberate, prodotte dalle cellule batteriche e sono utilizzate dai batteri gram-positivi.

Le esotossine sono tipiche dei batteri gram-positivi, i quali a differenza dei batteri gram-negativi non hanno altro tipo di tossigenicit. !! Attenzione per ci sono anche batteri gram-negativi che producono le loro tossine: ad es. la tossina colerica, la Bordetella Pertussis, lE.Coli. Chiaramente i batteri gram-negativi che producono le esotossine sono ancora pi patogeni! DIFFERENZA Le esotossine sono di natura proteica mentre le endotossine hanno una natura lipopolisaccaride, cio di natura lipidica. Le endotossine sono costituite da lipopolisaccaridi di superficie le esotossine sono proteiche. Le proteine in quanto tali vengono distrutte dal calore e hanno inoltre unalta attivit biologica e sono immunogene mentre i lipidi innanzitutto sono poco immunogeni. Le proteine sono immunogene, cio si comportano da antigeni (cio stimolano la formazioni di anticorpi) laddove invece i lipidi non hanno una grande capacit antigenica. Questa possibilit antigenica delle esotossine di natura proteica viene sfruttata con delle preparazioni che vengono somministrate ai bambini appena nascono e che prendono il nome di vaccini. I vaccini batterici obbligatori dellinfanzia somministrati al neonato sono ad es. il bivalente (antitetanico e antidifterico): questi vaccini non sono altro che esotossine distrutte con il calore o con altri sistemi, vengono somministrate allo scopo di scatenare una reazione immunitaria e quindi rendere immune il soggetto. Le proteine hanno quindi attivit immunogena e i vaccini vengono preparati spesso con le proteine che fanno parte delle esotossine. I gram-negativi invece non hanno questa possibilit perch i lipidi non sono immunogeni. Dunque per quanto riguarda la patogenicit dei batteri, le famiglie batteriche sono una miriade, ma se si tratta di un gram-negativo ha una certa patogenicit, un gram-positivo ne ha unaltra: questo ci consente di capire che tipo di andamento avr linfezione, che tipo di patogenicit ha quel particolare batterio, ma soprattutto che tipo di antibiotici, che tipo di disinfettanti dovranno essere utilizzati per quel batterio.

Quali sono le esotossine pi importanti? Come le distinguiamo?Tutte le esotossine hanno un determinato meccanismo, ciascuna formata da una molecola con un determinato meccanismo. Come le possiamo raggruppare? Le esotossine vengono raggruppate in relazione al meccanismo di azione. - Ci sono le tossine che agiscono sulla cellula e si chiamano citotossine. - Le tossine che agiscono sullapparato intestinale e so chiamano enterotossine, responsabili delle famose intossicazioni alimentari (ad es. Stafilococco) - Vi sono tossine che agiscono su tutta la cellula nel suo complesso, sulla funzionalit della cellula e si chiamano tossine pantrope, come la tossina difterica. - Le tossine pi famose sono quelle che agiscono a livello del sistema nervoso, quindi si chiamano neurotossine e sono le tossine tipiche di affezioni come il tetano (Clostridium tetani) che determina una paralisi spastica e il botulismo (Clostridium botulinum) che determina paralisi flaccida. * Il botulino uno dei sistemi con il quale bloccare i muscoli, proprio perch blocca le terminazioni nervose e viene utilizzata in estetica contro le rughe ma 1 grammo di tossina botulinica ucciderebbe gli abitanti di Londra.

LEZIONE 4

Controllo delle infezioniNella prima parte stato visto quali sono i microrganismi nella loro entit biologica e quali potenzialit hanno nei confronti delle infezioni, cio in poche parole il rapporto microrganismi vero luomo. Iniziamo adesso a parlare del controllo delle infezioni da parte delluomo, cio luomo non solo come organismo biologico ma anche come societ, progresso, medicina in senso lato. Avendo visto dunque le caratteristiche delle infezioni una grossa sezione del nostro programma riguarda proprio il controllo di queste infezioni. Cosa significa controllare? Controllare significa o impedire che un determinato processo avvenga o una volta che avvenuto, vedere come poterlo arginare. In questo controllo pertanto ci sono delle fasi fondamentali della microbiologia e anche della medicina. controllo inteso quindi come prevenzione impedire che qualcosa avvenga La prevenzione un settore enormemente vasto che coinvolge a livello individuale la profilassi, a livello comunitario diventa igiene ospedaliera, disinfezione, sterilizzazione: in generale da questi elementi deriva la motivazione per la quale gli ospedali vengono intesi oggi come luoghi in cui si cura e non lazzaretti in cui si va a morire! controllo dopo che qualcosa avvenuto, cio la terapia c un settore, la chemioterapia antimicrobica che costituisce un capitolo enormemente vasto della microbiologia Per quanto riguarda il controllo delle infezioni vi sono quindi due momenti fondamentali che sono la prevenzione attraverso la disinfezione e la vaccinazione e la terapia. Tutte le manovre che vengono effettuate in ospedale e che vedono luso di mascherine, guanti, siringhe sterili, i ferri chirurgici sterilizzati, la tintura di iodio che viene messa prima dellintervento, sono tutte fasi di prevenzione. Un altro momento importante della profilassi, cio della prevenzione, quello che riguarda limmunit delluomo, quindi come la medicina, la societ investe sulla prevenzione utilizzando la capacit umana di immunizzarsi, di formare anticorpi. Unaltra fase fondamentale del controllo delle infezioni quindi la vaccinazione. La vaccinazione collettiva, poich si tratta di un ruolo che la societ e la medicina impongono alla popolazione e si basa sulla capacit di stimolare le difese immunitarie dei singoli soggetti trattati. Le tossine rese atossiche (cio non pi patogene) ma che mantengono lattivit immunitaria, vengono utilizzate come vaccini. Quando invece c uninfezione chiaro che si utilizzano gli antibiotici.

Gli antibioticiVediamo di capire perch luomo ha trovato il modo di utilizzare sostanze di derivazione biologica per curare le infezioni. Qual la storia degli antibiotici e perch i chemioterapici vengono trattati in microbiologia? Qualunque tipo di farmaco ha a che fare con un sintomo, con un bersaglio che il recettore che nelluomo corrisponde a quella sostanza. Nel caso invece di tutta la chemio-antimicrobico terapia (e quindi non solamente la chemioterapia antibatterica, ma anche quella antivirale, antiprotozoaria, antimicotica), il problema di questi farmaci che devono essere somministrati alluomo per cui bisogna valutare tossicit, effetti collaterali, distribuzione, assorbimento ma non vanno ad agire sui recettori delluomo che danno una sintomatologia bens devono agire su dei microrganismi o delle cellule estranee, patogene, indesiderate. Quindi per i chemioterapici antimicrobici e anche per tutti gli altri chemioterapici, non c pi una linea tra farmaco e uomo, ma c come un triangolo: da un lato il farmaco, dallaltro lospite che luomo in cui questi farmaci devono essere utilizzati con tutto quello che ne consegue, dallaltro il bersaglio di questi farmaci, nel caso della microbiologia, saranno proprio i microrganismi. * Se vogliamo fare unanalogia nel caso della chemioterapia antitumorale il posto dei microrganismi viene preso dalle cellule atipiche.

Il triangolo dellinterazione

Agenti antimicrobici

Uomo

Microrganismi

La difficolt consiste quindi nel cercare di utilizzare questi farmaci sulluomo limitandone gli effetti collaterali ma per colpire queste cellule indesiderate, che siano microbiche o di altro tipo. Il concetto della chemioterapia antimicrobica nasce ovviamente quando vengono visualizzati i primi microbi. Il primo scopritore degli antibiotici fu Fleming (penicillina) tuttavia, cos come le malattie microbiche ci sono sempre state, luomo si difeso empiricamente da queste malattie.

Luomo a questo proposito si difendeva con i lazzaretti, si difendeva con le fatture delle streghe, cio con tutti i mezzi che riteneva adatti per combattere determinate infezioni. Pertanto non si conosceva lagente causale ma i rimedi empiricamente sono sempre stati utilizzati: sulla scia di questi rimedi un padre della chemioterapia antimicrobica stato Paul Erlich.

Paul Erlich (1854 1915)Teoria del proiettile magico, Salvarsan o 606, struttura degli anticorpi, mastcellule, prima colorazione per il BK, ecc.

Erlich elabor infatti una teoria, la Teoria del proiettile magico, cio descrisse come alla base della chemioterapia antimicrobica doveva esserci qualcosa che agisse verso i nemici senza danneggiare le cellule umane (un proiettile per questo magico). Erlich inizi quindi un concetto fondamentale tuttora e che costituisce la base su cui si fonda tutta la chemioterapia antimicrobica che la tossicit selettiva, cio il farmaco deve uccidere le cellule indesiderate senza danneggiare le cellule umane. Questo concetto anche quello che separa in maniera assolutamente doverosa la terapia (chemioterapia antimicrobica) dalla prevenzione con i disinfettanti, poich vedremo come per definizione i disinfettanti non hanno tossicit selettiva. Dunque i chemioterapici devono essere somministrati alluomo, i disinfettanti invece serviranno per altri scopi. Ad es. gli antibiotici vengono somministrati per via orale, i disinfettanti (come lacqua ossigenata) per via cutanea. Qual la differenza tra un antibiotico e un disinfettante? Lelemento che differenzia la chemioterapia antimicrobica dalla prevenzione (cio da tutto il campo fondamentale della disinfezione e sterilizzazione) la tossicit selettiva, cio il proiettile magico intuito da quel padre della microbiologia che fu Paul Erlich. *Addirittura un prodotto per le infezioni dellepoca era un colorante rosso (prontosil rubrum). La malattia grave dellepoca XVI secolo era la sifilide. A quei tempi per curare la sifilide si davano grandi quantit di mercurio, di arsenico, validissimi disinfettanti ma tossici. Col passare del tempo, nello sforzo di trovare sostanze idonee per combattere le infezioni, dal prontosil derivarono tutti i sulfamidici, i quali oggi non sono pi utilizzati ma prima della comparsa degli antibiotici avevano un notevole successo come antimicrobici, anche se leggermente tossici.

Sulla scia di questa necessit di trovare sostanze idonee per combattere le infezioni casualmente un certo Fleming, nel 1927, scopr per caso facendo esperimenti scientifici che una piastra su cui aveva seminato degli stafilococchi era inibita, cio le colonie di stafilococchi non crescevano, perch sugli stafilococchi cresceva una muffa: questa muffa veniva chiamata penicillum e quindi la sostanza prese il nome di penicillina. La storia della penicillina molto affascinante: occasionalmente Fleming not che su questa piastra il penicillum, cio una muffa, aveva eliminato i batteri sottostanti.

Alexander Fleming: penicillina, 1945La data 1945 riferita al fatto che per Fleming lasci gli esperimenti cos comerano e queste ricerche furono riprese da altri due studiosi, uno americano e uno inglese durante la II guerra mondiale con finanziamenti del governo americano. Questi due studiosi, Chain e Florey, riuscirono a sintetizzare il principio attivo e per la prima volta a produrre industrialmente la penicillina. Pertanto alla fine della II guerra mondiale la penicillina, primo antibiotico utilizzato, ebbe un grande successo al punto che, dissero alcuni falsi profeti dellepoca, si credeva di aver risolto il problema delle infezioni batteriche. I microrganismi infatti come tutti gli esseri viventi si adattano, mutano e vengono selezionati i mutanti resistenti. La ricerca ha sempre fatto in modo dunque di creare diverse sostanze, molte delle quali per dopo un po di tempo passano di moda letteralmente perch non sono pi attive. Il settore degli antibiotici inizia con Fleming, nonostante siano stati Chain e Florey a riprendere le sue ricerche, e continua con altri studiosi. Unaltra tappa importante stata negli anni 50 la streptomicina di Waksman.

Selman Waksman: streptomicina, 1952

Prima di iniziare il concetto degli antibiotici bene ricordare che antibiotico significa tecnicamente una sostanza attiva contro una cellula vivente ma per definizione lantibiotico, cos come si intendeva allora e come lintendiamo oggi, era estratto da un essere vivente: in effetti la penicillina, la streptomicina, hanno unorigine naturale proprio nei funghi, nei batteri, in organismi viventi che competono per occupare il substrato producendo sostanze antimicrobiche.

Gli antibiotici hanno unorigine naturale, si estraggono da microrganismi quali miceti, batteri tutti presenti in natura, i quali competono con i loro simili producendo sostanze che poi purificate e lavorate danno gli antibiotici. *Per restare in attualit, c una nuova parte della microbiologia di oggi che vede proprio i microrganismi buoni della flora batterica intestinale utilizzati per la produzione, che si presume favorevole in futuro, di batteriocine. Anzich i comuni conservanti negli alimenti si utilizzeranno queste sostanze antimicrobiche naturali, per cui si tratta di un tema di estrema attualit. Lantibiotico per sua definizione ha unorigine naturale da microrganismi presenti in substrati ricchi di vita: non a caso la penicillina fu proprio estratta da una muffa, il penicillum. Gli antibiotici hanno una vita, una gestazione in media di 10 anni, poich tra lidentificazione della molecola e la sua immissione sul mercato passano 10-15 anni. Lantibiotico pu essere studiato sotto diversi punti di vista, cio dal punto di vista delluomo (cio quando si utilizza e per quali infezioni) e dal punto di vista dei microrganismi (se sono sensibili o meno), sono queste alcune delle domande che si pone sugli antibiotici. Un chemioterapico antimicrobico il farmaco attivo contro i microbi, pertanto la chemioterapia antimicrobica pu essere antibatterica, antimicotica (contro i funghi), antiprotozoaria o antivirale. Tuttavia, se vero che i chemioterapici antimicrobici per essere somministrati devono essere dotati di tossicit selettiva, cio devono agire su cellule che devono distruggere ma senza ledere le cellule umane, ci si rende conto molto facilmente (anche senza aver studiato miceti, protozoi e virus) che mentre per i batteri facile trovare bersagli adatti (proiettili magici) - perch se ricordiamo la cellula procariota non uguale quella eucariota pi difficile andare a trovare bersagli adatti nei funghi: infatti gli antimicotici sono meno degli antibiotici e sono un po pi tossici. Ancora pi difficile poi trovare proiettili magici nei confronti dei protozoi, dal momento che questi sono ancora pi simili alle cellule umane, infatti gli anitprotozoari sono pochissimi. Infine ancora pi difficile trovare chemioterapici antivirali, proprio perch i virus sono parassiti intracellulari obbligati, vivono dentro le cellule, quindi molto difficile trovare un bersaglio idoneo per le strutture virali senza danneggiare le cellule umane. I farmaci antivirali infatti li possiamo contare sulle punta di una mano mentre antibiotici (antibatterici) ve ne sono pi di cento. Forse non ci facciamo caso ma per le infezioni virali banali come la faringite, il raffreddore, lotite non si utilizzano gli antivirali! Esiste un farmaco contro il virus influenzale ma tanto dannoso e pericoloso che si preferisce mille volte prendersi linfluenza piuttosto che farsi la chemioterapia antivirale. Quando si utilizzano gli antivirali? Il farmaco antivirale di cui si parla molto o meglio linfezione virale che sta interessando molto lumanit lHIV e si stanno studiando farmaci, ma il costo a livello di effetti collaterali e tossicit che hanno i farmaci antivirali notevole. Lo stesso vale per i chemioterapici antitumorali, i quali agiscono anche sulle cellule tumorali ma purtroppo con conseguenze notevoli per lorganismo. Di conseguenza nella classificazione dei chemioterapici (antivirali, antiprotozoari, antimicotici verranno trattati in seguito) ci occuperemo dei chemioterapici antibatterici. Per definire il chemioterapico antibatterico si utilizza il termine chemio-antibiotico, non pi semplicemente il termine antibiotico, proprio perch nel periodo trascorso da Fleming ai giorni nostri, gli antibiotici, pur avendo sempre una provenienza biologica (biotici), sono abbondantemente sintetizzati e prodotti in laboratorio, per cui sarebbero anche sintetici da ci deriva il termine chemio-antibiotico.

Se riprendiamo il famoso triangolo ideale tra farmaci, uomo e microrganismi possiamo fare molte considerazioni. Non esiste lantibiotico ideale, dal momento che sono tali e tante le qualit che si richiedono allantibiotico, che tutte quante non si possono ottenere, per cui in relazione ai diversi aspetti si hanno le sostanze pi o meno favorite. Cosa chiede il farmacologo allantibiotico? Le caratteristiche ideali di un antibiotico per il farmacologo sono diverse: il farmaco deve essere ben assorbito, ingerito, deve distribuirsi in tutti i distretti dellorganismo per colpire sicuramente tutti i batteri che vi si trovano, senza considerare che ogni tessuto ha la sua affinit per i diversi antibiotici, che gli antibiotici si legano alle proteine plasmatiche e non sono pi utilizzabili, lantibiotico ha un suo metabolismo, quindi molto brevemente definiamo lazione del farmaco antimicrobico (come tutti gli altri farmaci) in termini di: - interazione farmacocinetica, dove per farmacocinetica intendiamo il modo in cui il farmaco si distribuisce, come si muove nellorganismo - biodisponibilit, cio come disponibile - tossicit e ipersensibilit, infatti vi possono essere tossicit varie, interazioni Consideriamo poi gli aspetti clinici, tra uomo e microrganismo, quindi linfettivologia, la materia che studia le infezioni nelluomo. Cosa chiede il clinico allantibiotico? Lantibiotico deve essere attivo, efficace, adatto sempre, capace di risolvere tutte le infezioni in tutti i pazienti (bambini, anziani etc) per cui da un lato si valuta la parte clinica delle infezioni, cio la patogenicit, la virulenza dei microrganismi, dallaltro il modo in cui lorganismo risulta pronto ad aiutare il farmaco, lantibiotico. Il farmaco infatti svolge la sua attivit e sar poi il sistema immune che concorre a completare questa attivit. Cosa studia infine il microbiologo? Il microbiologo infine studia il rapporto che il microrganismo ha con il chemio-antibiotico. Le caratteristiche dellantibiotico ideale devono essere: - tossicit altamente selettiva (il proiettile magico del padre della microbiologia Paul Erlich) - lo spettro ampio, cio rivolto a tutti, meglio ancora se ampissimo - attivit battericida - non deve creare resistenze, come detto infatti il microrganismo elabora verso lantibiotico delle resistenze, c un adattamento nel tempo e per i batteri questo adattamento molto rapido. * Se consideriamo la teoria di Darwin la pressione selettiva si manifesta nel corso di generazioni. Una generazione umana considerata mediamente di 20-25 anni, dunque per osservare cambiamenti bisogna attendere decine di migliaia di anni se non milioni e lo stesso vale per le piante, gli animali. La pressione selettiva deve avere il tempo di manifestarsi ricordando che il tasso di mutazione di 10 -9. Il batterio ha invece un tempo di generazione mediamente di 15 minuti, si divide per scissione binaria: nellarco di 24 ore, dividendosi in modo logaritmico, uno dei batteri resiste, muta adattandosi allantibiotico. La resistenza quindi per i batteri un fatto giornaliero, ecco perch un antibiotico deve essere fatto con un determinato dosaggio (mai meno), con quei tempi (mai diversi) e per una certa durata di terapia (mai inferiore); si tratta quindi di indicazioni che assicurano il mantenimento di determinate condizioni: se lantibiotico viene fatto a dosi inferiori crea resistenza. La resistenza un problema che diventato oggi veramente importante e pur con gli antibiotici a disposizione le infezioni batteriche sono tornate diverse da quelle di 50 anni fa perch hanno acquisito una resistenza enorme.

Propriet di un antibiotico idealePropriet antimicrobicheazione selettiva sui microrganismi piuttosto che sulle cellule animali ampio spettro di attivit attivit citocida su batteri e funghi

Propriet farmacologichenon tossico per lospite lunga emivita plasmatica buona distribuzione tissutale (compreso il SNC) basso legame con le proteine plasmatiche somministrabile per via orale e per via parenterale assenza di interferenza con altri farmaci

Il farmaco agisce sul microrganismo con delle dosi, ha delle concentrazioni idonee, ha una sua capacit di entrare nelle cellule, ha un suo meccanismo di azione, ha delle sue caratteristiche microbiologiche. Tornando quindi al famoso triangolo e trascurando laspetto farmacologico e quello clinico, dovendo occuparci di microbiologia, di un antibiotico ci interessa sapere e studiare i meccanismi di azione e la resistenza. Quali sono i meccanismi dazione? Poich si tratta di un proiettile magico lantibiotico deve avere tossicit selettiva. I bersagli dellazione selettiva degli antibiotici sono ovviamente le strutture presenti sui batteri e non sulle cellule umane.

LEZIONE 5 Lultima volta sono stati considerati gli aspetti microbiologici dei chemio-antibiotici, in particolare risultato chiaro il ruolo che hanno gli antibiotici tra tutti i vari chemioterapici antimicrobici e limportanza della tossicit selettiva che il primo presupposto sul quale si fonda la chemioterapia antimicrobica. E stato visto perch nel contesto della chemioterapia antimicrobica i rappresentanti pi numerosi sono proprio quelli rivolti contro i batteri, poich essendo questi cellule procariote, hanno dei meccanismi dazione che rispondono al concetto di tossicit selettiva. Si accennato anche nella lezione precedente alla complessit degli aspetti farmacologici e farmacocinetici dei chemio-antibiotici come farmaci, tenendo presente comunque che questi aspetti verranno ripresi in farmacologia ed esulano dalla nostra trattazione. E bene comunque ricordare il concetto della complessit dei rapporti tra i due fattori uomo da una parte e farmaco dallaltra. E stata considerato anche tutto quello che riguarda la patogenicit e virulenza, la complessit dei rapporti che luomo ha con le infezioni e anche da questo punto di vista chiara la enorme serie di complicazioni che la scelta di un chemioterapico antimicrobico comporta. E importante per focalizzare lattenzione sugli aspetti microbiologici, cio limpatto che lantibiotico ha sui germi e che riguarda i meccanismi dazione, le concentrazioni utili per stabilire se un chemioterapico antimicrobico efficace, lo spettro e grossomodo le caratteristiche microbiologiche dei diversi gruppi di antibiotici. Con questa lezione chiuderemo la parte riservata al controllo microbiologico delle infezioni tramite chemioterapici e ci occuperemo di studiare il modo in cui lantibiotico agisce sui germi ma anche il problema della resistenza, cio vedere come i germi, i batteri in questo caso rispondono ai chemio-antibiotici. I batteri infatti sono cellule e come tutto il materiale vivente hanno in s una capacit molto importante che quella di adattarsi, di mutare: sempre importante fare questa considerazione sulla resistenza.

Resistenza agli antibioticiIniziamo oggi a parlare di un fenomeno, la resistenza microbica, la quale purtroppo la croce dei microbiologi clinici e anche dei clinici, i quali si trovano davanti pazienti con infezioni che sono per la maggior parte sostenute da microrganismi resistenti agli antibiotici, proprio perch come tutto il materiale vivente questi batteri si adattano. Per prima cosa bisogna dire che vi sono diversi tipi di resistenza e dovendo fare una suddivisione si possono distinguere: - resistenza di tipo cromosomiale - resistenza di tipo extracromosomiale (detta anche plasmidiale) La resistenza cromosomiale una resistenza che inizia da un elemento nellambito del cromosoma; la resistenza extracromosomiale invece una resistenza che inizia da qualcosa fuori dal cromosoma ma sempre da materiale genetico. Il plasmide infatti non altro che materiale genetico extracromosomiale presente morfologicamente nella cellula.

Nei batteri infatti il materiale genetico pu trovarsi, ovviamente in piccole masserelle, in piccoli frammenti, allesterno del cromosoma e prende il nome di plasmide. Solamente se questo plasmide integrato nel cromosoma, in tal caso prende il nome di episoma, ma laspetto importante riguarda il fatto che questo plasmide pu andare da una cellula allaltra e a questo punto occorre fare qualche piccolo cenno di genetica batterica. La genetica batterica studia come i batteri abbiano la possibilit di integrare, cambiare o modificare il materiale genetico; in particolare in microbiologia bisogna studiare uno di questi meccanismi legato proprio alla resistenza e che si ritrover sempre parlando di germi resistenti. Come si ricombina lacido nucleico dei batteri? Lacido nucleico dei batteri si ricombina con 3 modalit: - la trasformazione, cio un batterio si trasforma nella sua virulenza; ha un valore prettamente scientifico e significa che dei batteri vivi non virulenti perch ad es. non posseggono la capsula, se vengono a contatto con del materiale batterico anche morto ma in cui presente la capsula, possono diventare virulenti, cio trasformano il loro genoma da R a S. Si tratta quindi di un meccanismo importante alla base degli studi di genetica batterica. - la trasduzione implica un altro termine: si parla infatti di trasduzione fagica. I batteriofagi sono dei virus che infettano i batteri e cos facendo i batteri muoiono oppure se non muoiono si modificano in qualche caratteristica, cio prendono dal virus qualche carattere genetico, qualche gene che modifica il loro genoma. *Ad esempio la capacit di produrre la tossina difterica causata proprio da un batteriofago, cio a seguito di trasduzione fagica nei corinebatteri si ha la capacit di produrre la tossina difterica. Si tratta quindi di caratteri di infettivit causati dal fatto che alcuni batteri vengono infettati dai loro virus chiamati batteriofagi, cio virus dei batteri. *La trasduzione fagica tra laltro ha implicazioni molto serie anche in campo industriale; pensiamo ad es. unindustria di prodotti che si basano sullutilizzo di microrganismi (yogurt) che subisce una infezione da parte di virus, cos la produzione va a male. - la coniugazione il terzo meccanismo di ricombinazione genetica e ci riguarda strettamente perch a causa del processo di coniugazione i batteri diventano resistenti. Il termine coniugazione viene usato per definire un rapporto tra due batteri che si scambiano materiale genetico: il batterio donatore trasmette attraverso una fimbria, un pilo chiamato pilo F (da fertility), in un determinato intervallo di tempo, un frammento di plasmide a un batterio ricevente che avendo acquisito per coniugazione questo frammento di cromosoma diventa a sua volta resistente e pu passarlo ad altri batteri. Questa ricombinazione di materiale genetico fa acquisire al batterio determinati caratteri.

Resistenza cromosomialeLa prima resistenza, quella stabile ma anche meno frequente (10-15%) di tipo cromosomiale, cio legata al cromosoma, a modificazioni che si hanno nel cromosoma dei ceppi che mutano. Questa resistenza insita a una modificazione genica del cromosoma pertanto quando il cromosoma si divide la resistenza si trasmette alla progenie. La resistenza cromosomiale dunque si verifica quando una cellula si divide in due cellule figlie per cui deve riguardare la stessa specie di batterio (ad es. stafilococco). . La resistenza cromosomiale si trasmette alla progenie durante la divisione e si verifica soltanto tra microrganismi della stessa specie. Unaltra caratteristica di questo tipo di resistenza riguarda il fatto che se si ha questo carattere allinterno di una cellula, cio se il cromosoma acquisisce questo gene di resistenza, molto spesso i batteri ne risentono, nel senso che possiedono questo gene ma sono un po acciaccati, sono un po pi indeboliti nelle loro caratteristiche e hanno un metabolismo un po rallentato.

Questo avviene perch si tratta di una mutazione che da un lato conferisce resistenza ma molto spesso questi batteri in coltura non hanno i caratteri dei ceppi selvaggi, si tratta di ceppi che hanno un metabolismo un po rallentato. Questo significa anche che in alcuni casi questi ceppi possono perdere qualche carattere di patogenicit, proprio perch dovendosi trasmettere questo nuovo carattere, avendo acquisito il gene della resistenza possono anche perdere la capacit di adattarsi a un determinato substrato, cio acquisiscono una nuova arma e ne perdono contemporaneamente altre. * I batteri sono secondo la prof. degli scrigni aperti che potenzialmente possono fare tutto, per quando intraprende un processo metabolico ne abbandona, ne allontana altri, cio si adatta facilmente ma chiaro che non pu produrre tutte le proteine contemporaneamente.

Trasferimento di resistenza cromosomiale

La resistenza cromosomiale si pu differenziare in due tipologie: La resistenza si pu avere in una sola volta, cio una resistenza rapida: una coltura di microrganismi viene messa a contatto con un antibiotico e immediatamente si sviluppa questa resistenza. Questa resistenza viene chiamata one step (un solo passo) caratteristica di alcuni antibiotici come rifamicine, chinoloni, fosfomicina e acido fusidico (resistenza di tipo streptomicinico). La resistenza cromosomica pu essere di tipo multi step, cio la resistenza graduale, avviene a passo a passo. Con la prima divisione si ha una mutazione, con la seconda divisone questa mutazione cambia finch con determinati contatti dei germi con lantibiotico si ha una resistenza progressiva la quale anchessa di tipo cromosomiale ma viene chiamata multi step. La resistenza multi step tipica delle penicillina ma anche di tutte le -lattamine (penicillina e cefalosporine), amino glicosidi, le tetracicline e i macrolidi. * Anche in questo caso si fa riferimento per convenzione a streptomicina e alla penicillina perch sono i primi antibiotici, i capostipiti degli antibiotici.

La resistenza one step di tipo streptomicinico perch tipica della streptomicina, mentre la resistenza cromosomica di tipo multi step di tipo penicillinico. La resistenza cromosomica ammonta al 10-15 % del totale delle resistenze, si trasmette alla progenie ma nella stessa specie e si divide in due modalit: one step quando si verifica subito, multi step quando si verifica progressivamente. Quali sono le implicazioni? Ricordiamoci della streptomicina. La streptomicina si usa oggi per la terapia antitubercolare, un ottimo antibiotico, ma si tratta purtroppo di terapie che devono essere cambiate spesso proprio perch si genera resistenza. Lo stesso vale per le rifamicine utilizzate nella terapia antitubercolare. Le terapie devono subire rimaneggiamenti in continuazione perch si crea resistenza cromosomiale.

Resistenza extracromosomiale (o plasmidiale)La resistenza di tipo extracromosomiale la parte preponderante di tutte le resistenze, cio quando si parla di resistenza ci si riferisce perlopi alla resistenza extracromosomiale. La resistenza extracromosomiale viene detta anche resistenza infettiva o resistenza contagiosa. Durante i processi di coniugazione il trasferimento di plasmidi di resistenza, da una cellula allaltra, avviene molto velocemente e riguarda purtroppo sia i microrganismi della stessa specie sia di specie diverse! Questo significa che tali microrganismi diventano rapidamente, tutti assieme contemporaneamente resistenti: si tratta quindi di un tipo di resistenza trasmissibile e ha proprio caratteristica di contagiosit tra batteri. La resistenza extracromosomiale non solo riguarda pi batteri ma per giunta pi antibiotici. E questo il problema delle resistenze di oggi. Questi batteri inoltre non hanno carenze metaboliche poich si tratta di un fattore che acquisiscono e perdono con facilit, non inserito nel loro genoma ma lo possiedono nel citoplasma e non ne risentono n dal punto di vista metabolico, n dal punto di vista della patogenicit, questi batteri non vengono alterati.

Meccanismi di resistenzaE stata descritta fino adesso la resistenza dal punto di vista del genotipo, vediamo adesso quali sono le manifestazioni esterne, cio il fenotipo, come i batteri estrinsecano questo genotipo. I fenotipi, i meccanismi patologici con i quali i batteri manifestano questa resistenza sono 7 e di essi la pi importante linattivazione dellantibiotico. - Un altro meccanismo la diminuita penetrazione intracellulare, cio il batterio ha modificato le sue porine ad esempio e lantibiotico non entra; - la modificazione delle strutture bersaglio e diminuita affinit per strutture prima recettive, se ad es. il bersaglio dellantibiotico era la RNA polimerasi e il batterio acquisisce il gene che modifica la RNA polimerasi, questa non pi un bersaglio adatto e quindi lantibiotico entra ma non trova il suo bersaglio! Il primo meccanismo e pi frequente quindi linattivazione dellantibiotico (1) ma il batterio pu anche modificare le porine (2) (non fa entrare lantibiotico) o modifica le strutture bersaglio (3).

Un altro meccanismo, dal momento che lantibiotico inibisce gli enzimi, quello di produrne di pi: il batterio produce ancora pi enzimi cos da essere sempre in vantaggio (4). Si pu avere anche il superamento del blocco metabolico con iperproduzione del prodotto carente (5), cio produzione delle sostanze in maggiore quantit superando questo blocco. Un altro meccanismo la iperproduzione di enzimi inattivanti che si legano per allantibiotico formando una barriera non idrolitica (effetto spugna) (6). Il batterio produce enzimi che inattivano lantibiotico, primo fra tutti la -lattamasi ma produce anche degli enzimi che bloccano lantibiotico, lo coprono: si tratta in ogni caso di un meccanismo poco frequente. Lultimo meccanismo importante di resistenza quello di far uscire molto rapidamente lantibiotico dalla cellula (7).

Principali meccanismi di resistenza agli antibiotici

Produzione di enzimi inattivanti (betalattamasi, ecc.) Mutazione del bersaglio (es.PBP) Ostacolata diffusione dellantibiotico attraverso le membrane batteriche esterne (porine)

Il meccanismo di resistenza pi frequente sempre comunque linattivazione dellantibiotico (1) mediante enzimi che lo scindono, lo distruggono. Gli enzimi inattivanti sono diversi e i batteri resistenti li producono in grande quantit: i pi importanti sono le -lattamasi che inattivano le -lattamine. !! Le -lattamasi sono di due tipi perch i gram-positivi li producono allesterno della parete cellulare per cui prendono il nome di eso--lattamasi, i gram-negativi, dal momento che hanno la membrana esterna lipopolisaccaridica e lo spazio periplasmico (figura 2.15), quindi la produzione degli enzimi inattivanti per i gram-negativi si ha nello spazio periplasmico, pertanto allinterno del corpo batterico: si parla quindi di endo--lattamasi Vi sono poi enzimi fosforilanti, adenilanti e acetilanti. Le molecole dellantibiotico vengono quindi alterate, inattivate, non possono pi funzionare. La diminuita penetrazione intracellulare ovvia: se lantibiotico non entra perch il batterio ha modificato le sue porine, strutturalmente non pu funzionare.

Il terzo meccanismo importante la modificazione dei siti che servono come bersaglio degli antibiotici. Nella lezione precedente stato preso in considerazione il meccanismo di azione delle penicilline: lenzima batterico transpeptidasi consente leliminazione dellamminoacido e la formazione delle unit di peptidoglicano. Il bersaglio della penicillina proprio la transpeptidasi: tutte le -lattamine (penicilline, cefalosporine) si legano alla transpeptidasi e cos facendo lantibiotico attivo, proprio perch la transpeptidasi non pu funzionare se legata e la parete cellulare non si forma pi. La transpeptidasi diventa quindi il sito bersaglio delle penicilline e prende il nome di penicillin binding protein (PBP). Se la penicillina entra la transpeptidasi non funziona: i batteri pertanto modificano le strutture bersaglio e diminuiscono quindi laffinit per le strutture prima sensibili. Come modificano la struttura bersaglio? Se la struttura bersaglio la PBP i batteri cambiano il sito, cio alterano, cambiano le PBP della parete cellulare (con un tipo di resistenza plasmidiale o anche cromosomiale); in questo modo la penicillina entra ma non ha pi come agire. Non funzionando pi la penicillina la transpeptidasi libera di funzionare legando il materiale che serve alla formazione della parete cellulare. !! I casi pi frequenti di resistenza sono quindi linattivazione dellantibiotico per produzione di enzimi che inattivano la molecola di antibiotico oppure viene modificata la struttura bersaglio. Bisogna dire per che questi due eventi non contano allo stesso modo: se consideriamo ad es. la penicillina, questa pu subire gli effetti della resistenza da un lato di batteri che producono enzimi inattivanti (-lattamasi), dallaltro la modifica della transapeptidasi. Questi meccanismi non contano allo stesso modo perch se vero che la penicillina il bersaglio di questi due meccanismi di resistenza, nel primo caso si producono circa 1000 molecole di -lattamasi al secondo! mentre nel batterio resistente perch modifica le PBP questo meccanismo conta meno perch si modifica la transpeptidasi (PBP) ma viene modificata la velocit di una molecola di penicillina allora! Quindi anche come impatto ci rendiamo conto perch tra i meccanismi fisiopatologici dellantibiotico-resistenza linattivazione dellantibiotico occupa il posto principale, il pi frequente. Qual oggi lattualit delle resistenze? La maggior parte delle infezioni attuali sono dovute a stafilococchi aurei meticillina resistenti; c soprattutto unampia diffusione di stafilococchi un tempo banali coagulasi negativi multiresistenti, di enterococchi glicopeptidi resistenti etc..

Inibitori suicidi Quando sono state classificate le penicilline stato detto che vi sono delle penicilline che non funzionano come antibiotici ma che vengono utilizzate per linibizione delle -lattamasi! Si tratta quindi sempre di strutture penicilliniche, quindi con lanello -lattamico, che per non funzionano come antibiotici ma hanno unaffinit particolare per le -lattamasi: si chiamano infatti inibitori suicidi e si tratta di farmaci molto comuni (amoxicillina con acido clavulanico, ampicillina sulbactam), chemio-antibiotici formati da due -lattamine. Lamoxicillina ad esempio sensibile alle -lattamasi, lacido clavulanico invece non sensibile, anzi ha molta affinit per il sito di produzione dellenzima inattivante; per cui somministrandoli insieme accade che, siccome i batteri resistenti producono -lattamasi, lacido clavulanico si suicida e fa da inibitore perch blocca le -lattamasi e lascia libera lamoxicillina di funzionare sul batterio anche se questo resistente. Si tratta quindi di unassociazione di -lattamine creata da diversi anni che per ovviamente funziona con lo spettro dellamoxicillina e ovviamente ha ragione di essere quando vi sono dei ceppi resistenti altrimenti basta solamente lamoxicillina. Se si unisce un antibiotico ad ampio spettro sensibile alle -lattamasi con una penicillina che si suicida legandosi alle -lattamasi, allora lassociazione funziona.

Principali inibitori suicidi delle -lattamasiAmoxicillina acido clavulanico Ampicillina sulbactam Piperacillina - tazobactam

In definitiva nonostante i progressi compiuti negli ultimi decenni, una parola decisiva, finale sugli antibiotici non vi mai stata e non vi pu essere appunto perch vi sono i fenomeni di resistenza.

LEZIONE 6 Iniziamo a trattare un argomento sempre relativo al controllo delle infezioni. Nei capitoli precedenti stato visto il significato del controllo delle infezioni. La terapia prevede luso sistemico dei chemioterapici antimicrobici dove il concetto basilare, il presupposto della chemioterapia antimicrobica la tossicit selettiva. La prevenzione viene invece affidata a due altri settori, cio prevede o luso dei disinfettanti o antisettici, nonch la sterilizzazione oppure la vaccinazione. In questo capitolo verr quindi definita la prevenzione delle infezioni, il controllo delle infezioni a monte mediante la disinfezione e la sterilizzazione. Si tratta di concetti che sembrano basilari, ma se esistono gli ospedali come li intendiamo oggi, cio luoghi di cura, lo si deve al fatto che nel 1800 si inizi a considerare le infezioni come unentit da controllare perch il contagio causava il propagarsi delle infezioni nonch la morte. Questi concetti che oggi sembrano ovvi non erano tali qualche secolo fa e grazie allopera di alcuni importanti nomi nel campo delligiene ospedaliera si iniziato un percorso verso la disinfezione, sterilizzazione, verso quello il concetto generale di sepsi. Le sale operatorie sono da questo punto di vista un esempio di un ambiente asettico. Il primo ad utilizzare il termine antisettico fu un generale dellarmata britannica mentre il primo ad introdurre le pratiche antisettiche fu Ignazio Semmelweis, che mor pazzo e incompreso per aver intuito che forse il motivo per cui le partorienti dellepoca, le puerpere, morivano in cos grande percentuale era dovuta al fatto che erano ricoverate nelle stesse stanze, non isolate, non separate, con i moribondi o malati di malattie contagiose gravi. Ignazio intu a questo proposito che qualcosa veniva trasmesso dagli uni agli altri provocando la morte delle puerpere e inizi una pratica molto semplice, valida tuttora per i sanitari, cio il lavaggio delle mani con sostanze antisettiche. Un altro nome da ricordare e che verr ripreso in igiene, proprio perch considerato il padre della disinfezione, Lister, il quale introdusse lutilizzo di un antisettico, un disinfettante molto noto, cio il fenolo, al quale ci si riferisce ancora oggi nella valutazione dei disinfettanti, lindice fenolico si usa per valutare la differenza tra un nuovo disinfettante in esame e quello vecchio. In letteratura inglese capita di leggere la storia di Florence Nightingale, uninfermiera che diminu la percentuale di morte dei soldati dal 42 al 2% utilizzando le procedure suggerite da Semmelweis e Lister e pronunci la celebre frase: il primo requisito di un ospedale quello di non arrecare danno al malato. In precedenza infatti gli ospedali erano dei lazzaretti nei quali si andava a ricoverarsi per morire. Lera della chirurgia asettica inizi usando la prima autoclave e nel 1891 il chirurgo americano Halsted introdusse lutilizzo dei guanti di gomma proprio allo scopo di prevenire le infezioni.

Disinfezione e sterilizzazioneCosa significa il termine disinfezione? Che differenza c tra antisettici e disinfettanti? Il termine disinfezione significa letteralmente eliminare i microrganismi patogeni, per cui ci potremmo chiedere quale sia la differenza con i chemioterapici antibiotici che fanno anche questa cosa: la differenza tra disinfettanti e chemioterapici antibiotici consiste nel fatto che i disinfettanti non hanno tossicit selettiva. Tutto ci che riguarda la disinfezione, la sterilizzazione, e lantisepsi non ha tossicit selettiva. Per questo i disinfettanti si possono utilizzare o nellambiente e sulle superfici oppure sullindividuo ma esternamente!

Ad es. la tintura di iodio che si utilizza tuttora prima degli interventi chirurgici, colluttori, lavande, sono tutti prodotti che rimangono allesterno, proprio perch la maggior parte di antisettici e disinfettanti sono tossici, non riconoscono un bersaglio specifico. In contrapposizione alla disinfezione vi il concetto di antisepsi. Qual la differenza tra disinfettante e antisettico? Lantisepsi infatti la procedura ma anche la disinfezione una procedura che serve per qualificare i procedimenti che si prefiggono luccisione dei microrganismi nellambiente, sulle superfici, mentre sui tessuti o nei viventi si parla di antisettico. Questo significa che la stessa sostanza se serve per la superficie o per laria si chiama disinfettante, se si utilizza su un tessuto si chiama antisettico. Lantisepsi lazione che si ottiene, cio la mancanza, la riduzione notevole di microrganismi patogeni. Il termine disinfettare un termine antico e indica leliminazione dei microrganismi patogeni (anche se difficile eliminare quelli patogeni e lasciare intatti gli altri), mentre nelluomo si utilizza il termine di antisettico. In definitiva una ferita (cio nelluomo) si disinfetta con lantisettico e si ottiene cos lantisepsi; un ambiente invece si riduce come quantit di materiale microbico usando un disinfettante, ma bene capire che le sostanze possono essere anche le stesse. ambiente disinfettante uomo antisettico

Quali sono i meccanismi fondamentali attraverso cui i disinfettanti agiscono?I disinfettanti denaturano le proteine, ossidano (acqua ossigenata), alterano le membrane per solubilizzazione dei lipidi (gli alcoli infatti sciolgono i grassi). Lazione dellalcol non fa altro che solubilizzare le membrane citoplasmatiche. Gli ossidanti forti come lacqua ossigenata (perossido di idrogeno), i permanganati e i vari alogeni (cloro, iodio) e derivati vengono ampiamente utilizzati per ridurre la contaminazione microbica per ossidazione. La denaturazione delle proteine propria dei metalli pesanti come il mercurio, largento e diversi Sali che hanno la capacit di far precipitare le proteine. E chiaro quindi che non si tratta di azioni selettive, non sono bersagli selettivi dei batteri. I disinfettanti inoltre non sono uguali: lazione quella di limitare la carica microbica ma con diverse caratteristiche; a parte le caratteristiche microbiologiche (cio il tempo di contatto, se vengono inattivati dai liquidi biologici, se hanno uno spettro limitato, se agiscono anche sulle spore; dunque anche per i disinfettanti viene valutato lo sp