Microbiologia

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Corso Di Scienze Biomediche

Microbiologia

Docente: Barbara Azzimonti

-- Introduzione alla microbiologia --

Microbiologia rappresenta la branca della biologia che studia i microrganismi

Microrganismi sono così definiti tutti gli organismi unicellulari con dimensioni ridotte che possono essere visti solo al microscopio. Possono formare aggregati pluricellulari che hanno però cellule tutte uguali tra di loro e non è quindi possibile creare tessuti specializzati. Sono definiti microrganismi i batteri, protisti, miceti microscopici e protozoi.

La microbiologia comprende anche lo studio dei virus (virologia) anche se essi non sono definiti veri e propri organismi unicellulari in quanto hanno bisogno di una vera cellula per esperimere il proprio materiale genetico e quindi riprodursi.

I microrganismi si possono distinguere in:

- Microrganismi Unicellulari

Comprendo i batteri e i protisti (funghi/miceti -> lieviti, microalghe e protozoi)

- Microrganismi Pluricellulari

Comprendono i metazoi e i protisti (funghi/miceti -> muffe, microalghe)

- Microrganismi Acellulari

Sono rappresentati dai virus

Batteri sono organismi procarioti unicellulari con dimensioni che si aggirano sull’ordine dei micron, (da 0,5 a 3 micron di media 0,5 micron), hanno la capacità di raggrupparsi in colonie pluricellulari ma costituite da cellule identiche tra di loro, possiedo un nucleo non organizzato

Protisti sono organismi eucarioti che comprendono varie forme (miceti, microalghe e protozoi), possiedono un nucleo organizzato e una struttura cellulare molto simile alle cellule di organismi pluricellulare più evoluti, con dimensioni superiori ai 5 micron.

Virus sono microrganismi acellulari definiti atipici in quanto hanno bisogno di cellule estranee per svolgere le proprie funzioni metaboliche. Il loro materiale genetico è formato da RNA o DNA racchiuso in una capsula proteica.

Breve introduzione sui procarioti

La cellula procariota non ha un vero e proprio nucleo, il suo cromosoma, (sono cellule a genoma aploide quindi 1 solo cromosoma), è costituito da DNA a doppia elica ed è contenuto nel nucleoide sito a sua volta nel citoplasma e non delimitato dalla membrana nucleare come nei eucarioti.

La respirazione avviene a livello della membrana citoplasmatica, in quanto non possiede organuli specializzati. Esternamente a tale membrana traviamo la parete cellulare struttura rigida che conferisce forma e resistenza al batterio, impedisce la lisi osmotica evitando così la morte dell’organismi. I procarioti hanno una riproduzione asessuata che avviene per scissione binaria.

Nota sul metabolismo

Il termine metabolismo è rappresentato dalla capacità di utilizzare molteplici sostanze, come gli alimenti, per ottenere energia. Il metabolismo si divide in:

Anabolismo è così definito l’insieme di reazioni di sintesi necessarie alla crescita, alla riproduzione e alla riparazione, tale processo richiede energia.
Catabolismo è l’insieme di reazioni di digestione edetossificazione, tale processo libera energia.

-- Batteri --

La parete batterica rappresenta una struttura rigida che conferisce la forma al batterio (rappresenta l’esoscheletro del batterio) e lo protegge dai fattori esterni. Si differenzia per due grandi categorie di batteri Gram + e Gram – I batteri di questi due classi sono identici come struttura e organizzazione, ma differiscono per la composizione della membrana batterica.

Nei Gram Positivi la struttura della parete è formata da uno spesso strato di peptidoglicano (20-80 nm) seguito dalla membrana citoplasmatica e da uno spazio periplasmatico.

Nei Gram Negativi la struttura della parete è formata da una membrana esterna (spessa 7-8 nm), un sottile strato di peptidoglicano (1-3 nm) seguito dalla membrana citoplamsatica; tra le due membrane vi è lo spazio periplasmico. La membrana esterna è a sua volta ricoperta da polisaccaridi e proteine con la funzione di protezione da rischi di lisi osmotica.

Per analizzare la parete batterica bisogna usare il microscopio elettronico.

Peptidoglicano o mureina E’ un grosso polimero costituito dalla ripetizione di una unità fondamentale della cellula procariota, rappresenta il componente strutturale della parete batterica.

Il monomero da cui è costituito ed è composto da due amminozuccheri, NAG (N-acetilglucosammina) e NAM (Acido N-acetilmuramico), e da 4 amminoacidi che codificano una piccola proteina. In base al tipo di batterio (Gram) va ancora aggiunto un componente che è rappresentato nei gram negativi dalla DAP e nei gram positivi dalla L-lisina.

Ogni singolo monomero è legato ad altre 70 unità strutturali che interagiscono tra di loro grazie a particolari legami peptici.

Nei Gram Positivi l’interazione tra gli amminoacidi che costituiscono i legami avviene tramite un ponte di 5 glicine tra il 3° e il 4° amminoacido dei due monomeri.
Nei Gram Negativi l’interazione avviene direttamente tra il 3° e il 4° amminoacido dei due monomeri.

Acidi Teicoici

Sono polimeri di alcooli polivalenti con funzione antigena, ovvero che attivano la risposta immunitaria dell’ospite. Alcuni di essi possono essere legati ad un porzione lipidica (lipotecoici).

Nei Gram Positivi lo strato di peptidoclicano è fissato alla membrana citoplasmatica grazie agli acidi lipotecoici e agli acidi tecoici, che attraversano lo strato peptidoglicano e si ancorano alla membrana.

La parete cellulare

Gram Positivi tale struttura altamente polare ed impermeabile alle molecole idrofobiche, conferisce la forma al batterio fornendogli protezione da danni meccanici e osmotici. Viene attraversata dagli acidi tecoici per definire la specificità antigena del batterio.
Gram Negativi struttura polare e impermeabile alle molecole idrofobiche, protegge il batterio da danni meccanici e osmotici e ne conferisce la forma. A differenza dei gram positivi non contiene gli acidi teicoici, possiede canali per la diffusione passiva di zuccheri e ioni e detti porine e presenta anche dei carrier di membrana. La struttura della membrana esterna risulta più complessa e stratificata. Parte ancorandosi allo strato di peptidiclicano tramite le lipoproteine, segue un’insieme di catene che spuntano fuori dalla superficie del batterio dette LPS (lipo polissaccaride).Tali LPS sono formate da più componenti: iniziano con una base saccaridica e lipidica (lipide A), in cui risiede la componente tossica del batterio, segue poi una parte glucosica costituita da una porzione di zuccheri fissa e da una variabile in base al tipo di batterio.

Grazie al lisozina, un particolare enzima che aggredisce e distrugge la parete batterica, è possibile far entrare/uscire acqua dai batteri e quindi ucciderli. Se un batterio senza parete viene messo in una soluzione Ipertonica andrà in contro alla lisi osmotica, nel caso in cui viene inserito in una soluzione Isotonica si raggrinzirà a causa della fuoriuscita d’acqua. Se viene inserito in un soluzione Isotonica prenderà la sua reale forma tonda.

Lipopolisaccaride (LPS)

Questa struttura è costituita da 3 regioni, dall’interno verso l’esterno troviamo:

Lipide A glicofosfolipide che rappresenta la parte idrofobica che si attacca alla membrana esterna, costituisce l’endotossina dei batteri gram negativi
Core Oligosaccaride a struttura costante che contiene uno zucchero a 8 atomi di carbonio e uno a 7 atomi.
Catena Laterale O polisaccaride costituito dalla ripetizione di subunità a tre, quattro o cinque zuccheri, responsabile delle proprietà antigene delle diverse specie batteriche. Rappresenta la parte più variabile ed è alla base della classificazione sierologica dei batteri gram negativi

I Micoplasmi e la classe dei mollicutes sono batteri che non presentano la parete batterica. In ogni caso però sono in grado di sopravvivere e regolare l’omeostasi dei liquidi tramite una pompa sodio-potassio che funziona tramite ATP, ed impedisce così la lisi osmotica e permette il passaggio di sostanze.

La respirazione avviene a livello della membrana plasmatica, in quanto non vi è la presenza dei mitocondri.

Le strutture che compongono un batterio

Le strutture essenziali per un batterio sono: il nucleoide, la membrana citoplasmatica, il mesosoma, i ribosomi e la parete.
Le strutture accessorie sono invece: capsula, appendici filiformi (flagello, cilia, pili), granuli, plasmidi.

Capsula

Involucro esterno dei batteri gram positivi e negativi, presente nei batteri in vivo ma non sempre in quelli in vitro, è costituita da polisaccaridi e ha la funzione di proteggere il batterio dalla fagocitosi da parte dell’organismo infettato. Questa caratteristica è permessa dal fatto che i granulociti dell’ospite non sono in grado di digerirla. Altra particolarità della capsula è quella di avere una scarsa funzione antigena, ovvero che non viene facilmente riconosciuta dal sistema immunitario dell’ospite. Sempre questa struttura favorisce l’adesione del batterio e la sua sopravvivenza. Per individuare la presenza di un capsula, si deve colorare il batterio con inchiostro di china.

Pili / Fimbrie

Sono proiezioni filiformi, costituiti da una componente proteica detta pilina, che partono dalla parete del batterio e vanno verso l’esterno, vengono utilizzate per aggrapparsi alle superficie dell’ospite. In alcuni casi possono svolgere anche una funzione di riproduzione, nel senso che permettono il passaggio unidirezionale di materiale genetico, (plasmidi), da un batterio con pilo ad uno senza pilo. Tale processo prende il nome di coniugazione.

Flagelli / Cilia

Sono strutture costituite da una proteina detta flagellina che permette il movimento al batterio,(utile funzione per spostarsi dalle zone nocive). Sempre il flagello ha anche funzione di sensore in quanto viene utilizzato per capire se le sostanze che lo circondano sono nocive o meno. Questo processo di analisi e ricerca dell’ambiente favorevole prende il nome di chemiotassi. Le dimesioni del flagello sono nettamente più grosse rispetto a quelle del pilo. In base alla sua disposizione sulla superficie del batterio si distinguono in:

- Monotrichi se presenti a livello dei due poli della cellula disposti singolarmente

- Lofotrichi se i flagelli sono disposti a gruppetti

- Peritrichi se sono disposti tutto intorno al batterio.

Endospora

Solo alcuni batteri Gram Positivi in condizione di pericolo possono passare da una forma attiva ad una passiva, ovvero non metabolicamente attiva. Il risultato finale è la spora. Questa struttura permette ai batteri di vivere per moltissimo tempo anche in condizioni non favorevoli per la propria sopravvivenza. Le endospore riescono a resistere ad alte temperature e anche a trattamenti con solventi, contengono acido dipicolinato. Il processo con cui viene creata la spora prende il nome di sporulazione. Quando la spora ritrova un ambiente ideale avviene il processo inverso e si rigenera il batterio. Tale procedimento prende il nome di germinazione.

Sono in grado di generare la spora:

Bacillus si trovano nei generi alimentari mal conservati come riso e cereali
Bacillus Antricis altro bacillo che forma le spore, causa l’antrace e il carbonchio
Clostridium Tetani responsabile del tetano
Clostridium Botulino causa il botulino, il quale ha come conseguenza la paralisi flaccida.
Clostridium Perfringens: il responsabile della cancrena gassosa.

Il processo di formazione dell’endospora si articola nelle seguenti fasi:

Duplicazione del proprio cromosoma
La membrana si invagina divedendo il batterio in 2 parti di cui una contiene la pre-spora
La pre-spora viene inglobata dal batterio e rivestita di un’altra membrana citoplasmatica
Con il passare del tempo si creano altri strati attorno alla pre-spora sempre più duri
La spora viene rilasciata dal batterio

Le spore non possono essere colorate con i coloranti e risultano bianche al microscopio ottico.

-- Colorazione di Gram --

Questo sistema permette di discriminare i batteri in base alla propria parete, in quanto hanno composizione chimica diversa.

Il procedimento per attuare questa colorazione prevede le seguenti fasi:

1) Fissare il preparato e colorarlo con il primo colorante basico, il critstalvioletto

2) Mischiare il colorante con una soluzione di iodio e idruro di potassio per far sciogliere i lipidi

3) Si tratta il preparato con un decolorante

4) Si passa il secondo colorante, di contrasto, sul campione utilizzando la fucsina o safranina (colore rosso)

5) Si asciuga il vetrino e si visualizza il risultato al microscopio ottico

Gram Positivi si colorano di viola
Gram Negativi si colorano di fucsia (viola chiaro)

-- Colorazione di Ziehl - Neelsen --

Vi sono batteri che non possono essere colorati con il metodo di Gram per via di una spessa componente cerosa che li riveste e li permeabilizza. Questi batteri detti micobatteri non hanno canali di comunicazione con l’esterno e per via di questo limite crescono molto lentamente.

Per valutarne la presenza si deve aggiungere della fucsina basica e riscaldare la soluzione. In questo modo la componente cerosa si scioglie e fa penetrare il colorante. In seguito procedo alla decolorazione a freddo, che fa indurire lo strato ceroso fissando il colorante solo sui micobatteri e non sulle altre categorie di batteri.

-- Tecniche di coltura --

I vari batteri richiedono fattori nutritivi diversi, per coltivarli bisognerà quindi andarli ad inserire in terreni di coltura di vario tipo. Esistono terreni semi solidi, solidi o liquidi in cui vengono aggiunte sostanze nutritive quali acqua, sangue o fattori di crescita.

L’agar è una sostanza gelatinosa che viene utilizzata in fase di coltura per rendere semi solido il terreno. Altro fattore importante per la coltura dei batteri è la temperatura necessaria alla loro replicazione. I batteri vengono fatti duplicare ad una temperatura di 37° per 24 – 48 ore.

Si distinguono vari tipi di terreni:

Terreni Non Selettivi contengono diverse sostanze nutritive utili a qualsiasi tipo di batterio
Terreni Selettivi contengono sostanze utili a far crescere solo determinati tipi di batteri
Terreni Differenziali particolare terreno che mi permette di far crescere solo batteri della stessa specie e di discriminare le varie varianti di tale specie.

Se voglio studiare i batteri su una piastra li dovrò depositare lungo tutta la superficie del campione, creando delle strisce, in modo da creare colonie differenti.

I batteri possono avere diverse forme e dare così origine a colonie con forme, colori, odori e dimensioni diverse. Ogni colonia batterica deriva da una cellula madre e le varie colonie sono formate da aggregati di batteri identici tra di loro.

-- Divisione della cellula batterica --

I batteri hanno un genoma aploide e si riproducono per divisione binaria (riproduzione asessuata).

Questo processo segue diverse tappe fondamentali:

Duplicazione del cromosoma batterico
La parete batterica inizia ad invaginarsi dividendo la cellula in 2 parti
Man mano che il processo di invaginazione prosegue il DNA si ripartisce fra le due cellule
Terminato il processo di invaginazione si ottengono due cellule figlie con identico corredo genetico

La replicazione avviene solo quando il batterio si trova in condizioni favorevoli, ed è effettuata nel giro di 30 minuti. Questa velocità di replicazione e la quantità di cellule ottenute nei vari passaggi (sempre il doppio dal valore precedente), fa si che il batterio abbia una crescita esponenziale.

Per controllare l’evoluzione della replicazione batterica in laboratorio si utilizza lo spetrofotometro che permette di valutare la densità del terreno di coltura.

Il processo di replicazione prevede diverse fasi:

Fase Latente il batterio controlla l’ambiente che lo circonda per valutare se può effettuare la replicazione, in caso positivo segue una fase di organizzazione in cui produce le proteine necessarie alla duplicazione
Fase Esponenziale in questa fase il batterio inizia il suo processo di duplicazione
Fase Stazionaria quando i nutrimenti dell’ambiente non sono più sufficienti per garantire la duplicazione i batteri smettono di riprodursi
Fase di morte quando i nutrimenti forniti dall’ambiente sono finiti inizia la morte dei vari batteri

E’ possibile controllare la crescita microbica anche con altre due tecniche:

Conta Totale prevede la conta diretta al microscopio mediante la camera di conta Petroff hausser, con questo metodo è però impossibile distinguere le cellule vive da quelle morte e di individuare le cellule di dimensioni molto piccole.

Conta Vitale prevede la conta diretta delle colonie formate su piastra; in questo modo sono contate solo le cellule vive, ovvero in grado di duplicarsi. Per ottenere un numero appropriato di colonie bisogna diluire la soluzione prima di piastrarla. Per essere definiti valida la conta deve contenere un numero di cellule che va dai 30 ai 300 elementi.

Nota I batteri hanno più proprietà positive che negative sul nostro organismo, quindi bisogna fare molta attenzione al tipo e alla quantità di antibiotici da assunti.

Robert Koch ha creato 4 regole per identificare se un microrganismo è in grado di causare una certa malattia:

Il presunto agente deve essere presente in tutti i casi in cui si riscontra quella data malattia
Deve essere possibile isolare dall’ospite malato quel dato agente e farlo crescere in coltura pura
Se si inocula il batterio coltivato in un ospite sano, vi deve essere lo sviluppo della malattia
Deve essere possibile estrarre nuovamente dall’individuo infettato sperimentalmente il batterio

-- Meccanismi di produzione dell’energia --

Le cellule per vivere e per eseguire le proprie attività, necessitano di energia. Un batterio usa ATP per duplicarsi e svolgere le attività metaboliche. L’energia viene ottenuta degradando le sostanze che circondano il batterio.

Anabolismo fase in cui l’ATP viene usata per la produzione di componenti strutturale

Catabolismo fase in cui il batterio produce ATP tramite la degradazione del glucosio

Metabolismo Insieme dei due processi precedenti.

Per produrre energia (ATP) l’organismo può utilizzare la fermentazione o la respirazione, che può essere a sua volta anaerobica in assenza di ossigeno, e aerobica in presenza di ossigeno. Il risultato finale è identico, vi è la produzione di ATP tramite una reazione endoergonica (che rilascia energia)

. Il processo della respirazione cellulare fornisce molta più ATP che quella della degradazione del glucosio.

Fermentazione

Processo di degradazione del glucosio in assenza di ossigeno. Il glucosio viene fosforilato e diventa un gruppo energetico. Questo processo rilascia 2 molecole di ATP e piruvato. Un esempio di fermentazione è la glicolisi. La fermentazione è un processo ossidativo incompleto che rilascia sostanze ancora in grado di fornire energia. Di conseguenza l’acido piruvico può essere ridotto formando una serie di diverse fermentazioni come ad esempio;

Fermentazione Alcolica con produzione di alcool etilico
Fermentazione Omolattica con produzione di acido lattico

Respirazione

Rappresenta un altro processo di degradazione del glucosio in presenza o meno di ossigeno. In questo caso i prodotti finali non posseggono più energia estraibile Avviene in 2 fasi che vedono come tappe il ciclo di krebs, dove l’acido piruvico viene mineralizzato e una seconda fase fosforilazione ossidativa in cui viene prodotta l’ATP in maggiore quantità.

In base alla necessità di ossigeno ambientale i batteri si possono classificare nei seguenti modi:

Aerobi obbligati sono in grado di utilizzare solo la respirazione aerobica per crescere
Aerobi / anaerobi facoltativi sono in grado di utilizzare entrambi i tipi di respirazione e anche la fermentazione in base all’ambiente in cui si trovano
Anaerobi obbligati sono in grado di lavorare solo in assenza di ossigeno
Microaerobi batteri che vivono solo con basse concentrazioni di ossigeno.

Di conseguenza se prendiamo una provetta con terreno di coltura semi solido e lo riempiamo dei vari tipi di batteri fino ad ora osservati vedremo che:

sulla superficie vi saranno colonie di batteri aerobici
sul fondo, lontano dall’ossigeno, troveremo i batteri anaerobici
nel caso di batteri anaerobi aerotolleranti potremo trovarli in qualsiasi parte della provetta

Durante il processo della respirazione si vengono a formare sostanze tossiche per le cellule. Per eliminare queste tossine i microrganismi hanno sviluppato enzimi specifici:

Catalasi permette di scindere l’acqua ossigenata in acqua + ossigeno, ed è presente nei batteri aerobi e earobi facoltativi.
Superossido Dismutasi permette di ottenere dall’ossigeno l’acqua ossigenata, ed è presente nei batteri aerobi.

Crescita del batterio

Questo processo è influenzato essenzialmente da 4 fattori:

Temperatura i batteri per riprodursi hanno bisogno di temperature intorno ai 37° , sono detti Mesofili, altri sono in grado di proliferare a temperature molto più basse e sono detti Psicrofili, mentre altri ancora a temperature più alte dei 37° , i così detti termofili
pH i batteri alcalofili sono in grado di vivere in ambienti con pH basico > 7, mentre gli acidofili sono batteri che crescono in terreni acidi < 7
Disponibilità di acqua
Disponibilità di ossigeno

Vi sono poi batteri che non sono in grado di resistere in presenza di NaCl, tale limite gli impedisce di crescere e svilupparsi, mentre altri sono in grado di resiste anche ad alte concentrazioni di ioni sodio.

-- Genetica Batterica --

Il cromosoma batterico è singolo (genoma aploide) con DNA a doppia elica circolare. Per duplicarsi il batterio crea delle brevi sequenze nucleotidiche che andranno a ricreare il DNA in modo complementare. La sintesi avviene in entrambe le direzioni 5’ -> 3’ e viceversa così da formare due filamenti singoli complementari.

Il genoma batterico

Genoma di tipo aploide in quanto formato da un solo filamento di DNA a doppia elica circolare. Se per caso durante la divisione si verifica un errore esso verrà immediatamente espressa a livello di fenotipo e perpetuata alle generazioni future, questo rappresenta un limite dovuto al genoma aploide.

Vi sono elementi genetici accessori denominati plasmidi, strutture simili al DNA ma più piccoli, ogni batterio può contenerne più di uno. Possiedono una serie di geni in grado di codificare la produzione di tossine, la sintesi di pili o enzimi utili per la resistenza contro gli antibiotici. I plasmidi possono anche essere sintetizzati in laboratorio ed essere poi inseriti in vari batteri.

Il cromosoma batterico risulta molto variabile a causa di mutazioni o possibili ricombinazioni dovute a piccoli frammenti di DNA trasferiti tra i batteri.

Non vi è la presenza di introini (sequenze non codificate) sul DNA ma presenta operoni (insieme di geni che vengono regolati insieme).

Mutazioni

Sono variazioni ereditabili dalla sequenza del DNA che possono essere provocate spontaneamente o indotte. Le mutazioni spontanee avvengono senza l’intervento umano, mentre le mutazioni indotte si possono realizzare a livello chimico inserendo basi analoghe nel genoma reale dei batteri. Altri agenti chimici che possono indurre ad una mutazione interagiscono o si sostituiscono alle basi del DNA. A livello di agenti fisici si possono usare tecnologie come i raggi X o “Gamma” per indurre una mutazione.

Un altro importante fattore di mutazione è il trasferimento di materiale genetico (ricombinazione), in cui avviene il trasferimento di un filamento di DNA, geneticamente differente, da una cellula donatrice ad una ricevente. In seguito il frammento ricevuto si fonde con il genoma originale della cellula ricevente. Questo metodo di mutazione spontanea si attua tra batteri con pilo e batteri senza pilo, e durante quest’attività di scambio possono intervenire i seguenti processi:

Trasformazione processo mediante il quale i batteri sono in grado di acquisire DNA solubile presente nell’ambiente e incorporarlo nel proprio genoma. Tale processo è reso possibile dall’autolisi che compiono alcuni batteri rilasciando parte del loro DNA.

Trasduzione Alcuni virus che attaccano i batteri (batteriofagi) sono in grado di trasferire geni batterici da un batterio all’altro. Il batteriofago potrà trasferire sempre lo stesso materiale genetico (trasduzione specializzata) oppure trasferire vari tipi di marcatori (trasduzione generalizzata) in cui un qualunque frammento di DNA dell’ospite può diventare componente del DNA di un virus.

Coniugazione in questo caso il trasferimento di DNA avviene tramite il contatto diretto fra cellule batteriche. La coniugazione avviene tramite i pili sessuali denominati pili F, il processo è unidirezionale e avviene il trasferimento di una porzione del cromosoma batterico. La cellula batterica per avere il pilo, e quindi essere identificata come maschile, deve possedere il fattore sessuale F (fertilità), il quale codifica la sintesi del pilo. La coniugazione rappresenta un altro meccanismo per la diffusione della resistenza agli antibiotici.

Trasposizione rappresenta lo spostamento di DNA da una posizione all’altra del genoma o dal cromosoma al plasmide e viceversa.

Batteriofagi

Sono virus che infettano esclusivamente i batteri e lo fanno per mezzo della trasduzione, vengono anche denominati semplicemente fagi. Il virus inietta il suo DNA / RNA nel batterio, in seguito il frammento si andrà ad unire con il materiale genetico del microrganismo. Così facendo nella successiva fase di divisione si verranno a produrre i virus tramite il DNA ricombinato. Terminata la sintesi dei virus avviene la lisi del batterio con la consecutiva fuoriuscita da altri numerosi fagi. Ovviamente con questo processo si ha la morte del batterio, ma i batteriofagi sono in grado di attuare una trasduzione efficace in cui il batterio rimane intatto e continua così a produrre altri fagi.

-- Patogenicità Batterica --

I batteri si dividono in 2 classi che le distinguono per la loro capacità di infettare l’ospite:

Saprofiti batteri che non sono in grado di infettare un ospite
Parassiti se sono in grado di infettare un ospite, a sua volta sono suddivisi in:

- Commensali se il batterio che infetta l’ospite è ben tollerato e non apporta vantaggi

- Simbionti nel caso in cui i microrganismi danno dei vantaggi all’ospite

- Patogeni batteri che parossitono l’ospite e creano in esso una patologia maligna

Altro genere di microrganismi sono gli opportunisti ovvero dei batteri che in individui sani non scatenano un’attività patogena ma se l’individuo è di per se immunodepresso sono in grado di scatenare un infezione.

I microrganismi patogeni possono infettare l’ospite, e quindi creare sostanze tossiche a noi nocive, o semplicemente usarlo per proliferare.

Si può venir contagiati tramite contatto direttoper mezzo di liquidi corporei quali sangue, goccioline di secrezione respiratoria presenti nell’aria o tramite la secrezioni di mucose. Altro mezzo di contatto è quello indiretto ovvero a causa di sostanze contaminate, quale cibo o acqua. Per finire vi possono essere contaminazioni a causa di animali trasportatori dell’infezione quali morsi di animali o artropodi (zanzara), queste infezioni vengono dette zoonosi

Le infezioni si generano quando la patogenicità del batterio super la capacità delle difese dell’organismo. Molte infezioni non vengono nemmeno sentite dal nostro corpo in quanto le difese specifiche, (cellule specializzate nell’attaccare e distruggere microrganismi presenti nel nostro corpo, ne sono un esempio i linfociti) ,e aspecifiche, (quali barriere meccaniche come l’epidermide o le lacrime che impediscono l’accesso dei microrganismi nel corpo), di cui siamo dotati riescono ad inibire e distruggere il batterio virulento. Si possono distinguere due tipi di infezioni:

Infezione esogena sono le infezioni causate da patogeni che arrivano dall’esterno tramite il contatto diretto o indiretto con la sorgente infetta.
Infezione endogena sono le infezioni contratte a causa di patogeni presenti sulla superficie o all’interno del nostro corpo.

In alcuni casi la patogenicità di un batterio risulta uguale alla capacità difensiva del nostro organismo, in questo caso l’individuo rappresenta un portatore sano della malattia, in quanto il batterio può rimanere nei tessuti per molto tempo senza proliferare e diventare così pericoloso.

Si viene così a creare un equilibrio tra batteri patogeni e difese immunitarie che riescono mantenere

bloccata la carica patogena. Nel caso però questo equilibrio si sfalsa inizia la proliferazione anamala dei batteri e l’attivazione dell’infezione. Una possibile causa di questa alterazione dell’equilibrio può derivare da una variazione di pH. Alcuni batteri sono specifici per una determinata specie altri sono in grado di infettare più speci.

Nota con il termine tropismo si intende la capacità di alcuni microrganismi di insediarsi in determinati organi o tessuti.

In condizioni di equilibrio nel nostro corpo è presente una flora microbica con funzione di simbiosi, nel senso che i batteri aiutano il nostro organismo in alcune attività e allo stesso tempo ricevono sostanze nutritive. Queste zone sono la cute con lo stafilococco, la nasofaringe , il tratto gastrointestinale e retto, l’apparato genitale con gli enterobatteri.

Vi sono però anche zone dove, in assenza di infezioni, non devono assolutamente essere presenti batteri e sono: il sangue, la vescica il liquido cerebrospinale e i fluidi articolari.

Le vie di accesso che permettono ai batteri di infettare un organismo possono essere L’apparato respiratorio, alimentare, sessuale altra importante via di trasmissione da madre a figlio è l’apparato placentare. Molto volte l’accesso di un batterio patogene deriva da un taglio sulla superficie cutanea causato da un oggetto contaminato, quale un chiodo arrugginito per quanto riguarda il tetano. Molte delle vie appena descritte rappresentano anche la sede in cui le infezioni vengono espulse dal nostro corpo e quindi la principale via di trasmissione dell’infezione, come si può vedere dal disegno sotto riportato.

I batteri per poter infettare un organismo devono per prima cosa penetrare le difese aspecifiche e specifiche dell’individuo e successivamente aderire bene alle pareti dell’ospite. Una volta ancorati ad una zona devo dare inizio ad una moltiplicazione ed in fine all’attivazione delle loro sostanze tossiche. Per effettuare tutti questi passaggi i batteri patogeni necessitano di strutture di protezione quali la capsula che protegge il batterio dalla fagocitosi delle cellule immunitarie dell’organismo, possedere enzimi atti a farsi strada nel tessuto colonizzato. Per indicare la patogenicità di un batterio si utilizzano degli indicatori:

- DL50 dose letale 50% ovvero batteri che sono in grado di uccidere il 50% delle cavie

- ID50 dose infettiva 50% ovvero batteri in grado di infettare il 50% delle cavie

- DLM dose minima letale ovvero numero minimo di microrganismi necessari per portare la morte

Gli enzimi rappresentano la principale arma di attacco e difesa per i batteri patogeni:

Esotossine

Sono così definite tutte le sostanze proteiche di origine batterica che siano letali o tossiche per un organismo superiore. Rappresentano le tossine prodotte dal batterio che vengono poi successivamente liberate nell’ambiente esterno. Sono proteine con peso molecolare variabile prodotte dai batteri Gram Positivi e Negativi, in particolare dai batteri Gram Positivi. Sono tossine sensibili al calore, a temperature superiori ai 60° si distruggono e sono in grado di indurre una risposta anticorpale molto elevata anche se non provocano la formazione di febbre. Queste tossine vengono prodotte dai geni presenti nei plasmidi del batterio e possono essere trattate con agenti chimici. Le esotossine possono andare a bersagliare specifiche aree del nostro organismo, specializzandosi a loro volta come ad esempio le enterotossine che sono specifiche dell’intestino. Altre esotossine bersagliano vari tipi di cellule.

Sono tossine che agiscono a livello extracellulare o della membrana plasmatica, possono penetrare nella cellula apportando modifiche o uccidendola.

Come già detto le esotossine sono proteine che possono essere formate da una (monomeri), due (dimeri) o più subunità proteiche (multimeri). I legami che tengono unite queste subunità sono di tipo a ponte di solfuro. Esempi di esotossine sono la difteriute, il botulino, il tetano. Questo tipo di tossine si differenziano in tre grandi gruppi:

Neurotossine interferiscono con la normale trasmissione degli impulsi nervosi (tetano e botulino)
Citotossine aggrediscono enzimaticamente le cellule dell’ospite uccidendole
Enterotossine attraverso ad una stimolazione anormale sono responsabili del funzionamento anomalo delle cellule dell’apparato gastroenterico (colera

Una esotossina dimerica è composta da un’unità catene A e B. La catena B legandosi ai recettori presenti sulla parete cellulare promuove l’ingresso dei batteri nella cellula. Una volta che la catena A è penetrata nel citoplasma essa si attiva e da origine all’interruzione di alcune funzioni cellulari vitali, che portano, a seconda del batterio, a attività anomale.

Nel batterio della difterite la tossina difterica inibisce la sintesi proteica causando la morte della cellula
Nel batterio del colera la tossina colerica da origine ad un’iperattivazione delle attività cellulari che causa la fuoriuscita di nutrimenti cellulare (acqua, sodio, potassio, ecc) che generano così la diarrea a causa di un eccesso di materiale di scarto del metabolismo
Nel batterio del tetano e del botulino le tossine tetaniche e botulinaca vanno ad inibire il controllo dei neurotrasmettitori a livello dei muscoli, causando così la paralisi.

Endotossine

Sono strutture presente nei batteri e si trovano esclusivamente nei Gram Negativi, in quanto sono prodotte da lipidi, l’endotossina classica dei Gram negativi è la LPS (lipolisaccaride) presente sulla menbrana esterna. Sono tossine stabili al calore e non sono in grado di dare una grande risposta immunitaria. Sono meno tossiche delle endotossine e sviluppano il sintomo della febbre. A differenza delle esotossine queste tossine vengono prodotte da geni presenti sul cromosoma batterico.

Volendo comparare leendotossine alle endotossine notiamo che:

Sono più resistenti al riscaldamento
Hanno profili di azione tossica quasi identici, in quanto il lipide A è più o meno uguale
Sono meno potenti e senza un’attività enzimatica
Sono sempre innocui per ingestione

Si ricorda che la presenza del ferro è nociva per i batteri che quindi devono essere in grado di gestire.

-- Batteriologia Sistematica --

Infezione Endogena

In questo tipo d’infezione si ha una crescita incontrollata ed anomala delle normali specie batteriche presenti nel nostro organismo, che in seguito possono trasferirsi in sedi diverse da quella originale, causando così infezioni in vari distretti corporei.

Infezione Esogena

In questo tipo d’infezione un microrganismo patogeno penetra nell’individuo e scatena la patologia. La provenienza di questo microrganismo può essere derivata da materiale infetto, animali infetti (zoonosi) o da altri esseri umani infetti (malattie infettive o contagiose)

Raccolta di campioni

Per individuare quale batterio ha causato una data infezione bisogna procedere con la raccolta di campioni da analizzare in laboratorio. Tale procedimento deve seguire delle precise fasi e norme di sicurezza per evitare che il campione biologico venga contaminato. Si dovrà procedere alla raccolta del campione senza contaminarlo, apporlo poi in specifici sistemi di trasporto (provette) ed in seguito spediti tramite “corrieri” specifici. Le analisi di laboratorio inoculo, crescita, isolamento e test diagnostico sono le successive fasi per la ricerca del batterio patogeno.

Si andrà così ad effettuare la raccolta di specifici campioni in base alla patologia

- Sangue per analizzare eventuali sepsi o setticemie (batteriemia, fungemia);

- Liquido cerebrospinale per analizzare la presenza di meningite

- Liquidi pleurici, peritoneali e pericardici per l’analisi di eventuali pleuriti, pericarditi

- Tampone tratto respiratorio superiore per la ricerca di faringiti

- Tampone tratto respiratorio inferiore per la ricerca di tubercolosi

- Liquido orecchio / occhio

- Ferite, ascessi, tessuti

- Urine

- Campioni del tratto urogenitale

- Feci alla ricerca del batterio V. cholerae o della tossina C. aureus

Stafilococchi

Sono batteri delle dimensioni di 10 micrometri Gram + aerobici / anaerobici facoltativi immobili, non sono in grado di formare spore e si raggruppano dando vita a strutture a grappolo. Si distinguono lo S. aureus e S. coagulasi-negativi,

- Staphylococcus Aureus

Questo tipo di batterio si trova comunemente sulla cute, nell’orofaringe, nel tratto intestinale e in quello urogenitale. Altre parti del nostro corpo invece attivano sistemi di difesa permanente che bloccano l’accesso di questo batterio come ad esempio il lisozima presente nelle lacrime, nella saliva e nelle cellule monociti, macrofogi e leucociti. Questo tipo di batterio è in grado di vivere per molto tempo anche su superfici secche.

La trasmissione di questo microrganismo può avvenire per contatto diretto tra persona e persona o con oggetti contaminati quali abiti, lenzuola, ecc. Altra via di contagio è rappresentata dall’intossicazione alimentare causata da ingerimento di cibi contaminati o prodotti in casa contaminati da microrganismi che producono enterotossine stabili al calore. Si possono avere polmoniti causate dall’aspirazione di secrezioni orali o batteriemia causata dell’infiltrazione del batterio da una ferita al sangue e quindi la consecutiva infezione dei diversi organi corporei.

Sono a rischio i pazienti ospedalieri che sono stati sottopostio a trattamenti quali suture, cateteri o protesi e tutte quelle persone sottoposte a trattamenti antibiotici che sopprimono le difese immunitarie.

Per controllare questo batterio si utilizzano le penicelline resistente alla beta-lattamasi in quanto la maggior parte dei ceppi di questi batteri è resistente alle peniccelline.

Manifestazioni patologiche causate del batterio staphylococco aureus

- Parassite cute naso-faringe

- Infezioni nosocomiali post operatorie

- Infezioni acute alla cute, scheletro, apparato respiratorio e vie urogenitali

- Endocardite, meningite, infezione polmonare acuta

- Infezione cutaneo o necrolisi cutanea acuta, intossicazione alimentare, sindrome da shock tossico.

Streptococchi

Sono batteri aerobi/anaerobi facoltativi Gram + incapaci di muoversi e di creare spore. Tali batteri si raggruppano a coppie e popolano normalmente il cavo orale, la faringe, l’intesino, l’apparato genitale femminile e la cute.

Si sviluppano su terreni di Agar al sangue e sono in grado di generare 3 tipi di emolisi:

Alfa emolisi causano una parziale o incompleta emolisi dando una colorazione verdastra
Beta emolisi causano una completa emolisi che si evidenzia con un’area chiara e trasparente

- Gamma emolisi non generano emolisi

Streptococcus pneumoniae (diplococcus)

Batterio in grado di eseguire l’afa-emolisi che porta alla formazione di: polmonite, meningite, enderocardite, sinusite, otite media, carie, ascessi, batteriemia

Streptococcus pyogenes

Batterio che va ad interessare tutte le fasce d’età con un picco tra i 5 e i 15 anni, porta alla formazione di infiammazioni acute come ad esempio l’angina, la scarlatina, le infezioni cutanee, la fascite necrotizzante ecc, ed è un batterio di tipo beta emolitico.

Quadro riassuntivo dello Streptococco Pyogenes

Streptococco Agalactiae (gruppo B)

Batterio di tipo gamma emolisi che produce infezioni neonatali quali meningite, polmonite; infezioni del tratto urinario, infezioni di ferite e polmoniti.

Neisserie

Sono batteri aerobi Gram – incapaci di muoversi e di creare spore, si legano a coppie formando strutture simili a chicchi di caffè e sono spesso capsulati. Si possono distinguere:

Neisserie Gonorrhoeae (Gonococco di Neisser) batterio che causa uretrite, cervicite, salpingite, malattie infiammatorie pelviche, batteriemia, artrite, congiuntivite, faringite.

Neisserie Meningitidis (meningococco) batterio che porta meningite, polmonite, artrite, batteriemia, uretrite.

Altre specie di Neisseria portano alla formazione d’infezioni opportunistiche.

Clostridium

Batterio anaerobico Gram + che può essere mobile o immobile in grado di generare spore, in grado di produrre esotossine è molto diffuso nel terreno e nell’intestino degli animali.

- Clostridium Tetani

Questo batterio penetra attraverso le ferite e va a bloccare le terminazioni nervose comportando la paralisi dei muscoli e la relativa morte dell’individuo per blocco respiratorio e cardiaco.

- Clostridium Botulinum

Questo batterio che provoca il botulino penetra nell’organismo per via orale tramite l’ingerimento di cibi infetto o raramente per via di lesioni cutanee. Una volta nell’organismo va a bloccare le terminazioni nervose comportando la formazione di paralisi e quindi al blocco respiratorio e cardiaco

- Clostridium Perfringens Batterio comunemente presente nella flora batterica intestina dell’uomo che però a causa di alterazione comporta la formazione di cancrena gassosa. Penetra attraverso le ferite, si moltiplica all’interno dei tessuti morti e da il via alla formazione di due possibili tossine Alfa tossina o Lipasi C.

- Clostridium difficile Questo tipo di bacillo è normalmente presente nella flora microbica intestinale ma se alterato può comportare alla formazione di diarrea, colite e quadri gravi di colite pseudomembranosa. E’ un batterio gram + sporigeno, anaerobico in grado di sviluppare due tipi di tossine A e B.

La Tossina A è una enterotossina con una lieve attività citotossica che provoca da prima un danno alle mucose intestinali distruggendo i villi fino ad arrivare alla completa erosione del tessuto.

La Tossina B è una citotossina con effetto citopatico con un azione patogena molto più forte della tossina A e agisce oltrepassando la mucosa intestinale precedentemente danneggiata. Fa perdere molto potassio alla cellula e inibisce la sintesi proteica e gli acidi nucleici.

Bacilli

Sono batteri Gram + a forma di bastoncelli, anaerobi o anaerobi facoltativi, sporulanti ed immobili. Portano alla formazione del carbonchio (B. anthracis) o a intossicazioni alimentari (B. cereus).

Infezioni del tratto gastrointestinale

- Gastroenterite sindrome caratterizzata da sintomi gastrointestinali tra cui nausea, vomito, diarrea e dolori addominali.

- Enterocolite infiammazione della mucosa dell’intestino tenue e crasso

- Diarrea anormali scariche fecali fluide, generalmente causate dell’infezione dell’intestino tenue, comporta una notevole perdita di acqua ed elettroliti

- Dissenteria disordine infiammatorio del tratto gastrointestinale spesso associata a sangue e pus nelle feci, accompagnata da sintomi di dolore, febbre e crampi addominali. Deriva generalmente dall’infezione dell’intestino crasso.

Enterobatteri

Sono batteri aerobi / anaerobi facoltativi Gram – con forma di bastoncelli, asporigeni, immobili o in grado di spostarsi grazie a flagelli o peritrichi. Sono provvisti di pili e attuano la fermentazione del glucosi e sono in grado di trasformare i nitrati in nitriti riducendoli. Gli enterobatteri possono essere sempre patogeni e sviluppare infezioni intestinali o essere patogeni solo su soggetti già compromessi per via di malnutrizione, diabete, immunodepressi, tumori, ecc.

Un enterobatterio che andremo ad analizzare è Escherichia Coli

Salmonella

Batterio mobile

La salmonella porta al verificarsi della diarrea tramite una serie di passaggi:

Campylobacter

Batteri Gram - a forma di virgola, in grado di muoversi grazie al flagello polare e non sporulanti.

Helicobacter

Batteri Gram - non sporulanti e mobili con forma a spirale. Pprovoca gastriti, ulcere, diarrea, nausea, vomito e dolori addominali. Si introduce nell’organismi tramite la bocca e ne esce tramite l’ano.

Un tipo di batterio di questa famiglia è l’Helicobacter Pylori

Pseudomonas aeruginosa

Bacillo patogeno opportunista Gram – aerobico

Micobatteri

Sono bacilli aerobi, immobili, non sporigeni, con una parete cellulare ricca di lipidi, idrofobica e resistente a molti disinfettanti ed alle colorazioni. Sono acido resistenti e quindi possono essere colorati esclusivamente con la colorazione di Ziehl-Neelsen. Hanno una crescita lenta in quanto sono molto chiusi verso l’esterno e sono molto selettivi sui nutrimenti (3-8 settimane)

-- Disinfezione e Sterilizzazione --

Disinfezione

Rappresenta un qualsiasi procedimento mirato all’eliminazione di microrganismi patogeni. Tale processo avviene tramite l’azione diretta sul metabolismo del batterio neutralizzando alcune sue parti. Può essere ottenuta tramite agenti fisici come il calore (a temperature e tempi più bassi di quelli della sterilizzazione) o per mezzo di agenti chimici come l’uso di acqua ossigenata, cloro, alcool etilico, clorexidina, saponi o detergenti.

Sterilizzazione

Rappresenta un qualsiasi procedimento mirato all’eliminazione di tutti i microrganismo presenti. Tale processo provoca la morte di tutti gli organismi patogeni e non presenti nei liquidi, noi solidi e anche nell’atmosfera. Si può effettuare tramite:

Sterilizzazione Termica

- Calore a secco sterilizzazione fatta a temperature di 180° per un periodo di oltre 1 ora in stufe a secco, quindi niente vapore acqueo. Tale procedimento viene utilizzato su vetreria, metallo puro e polveri secche (senza acqua), non si posso sterilizzare gomme ed indumenti con questo sistema

- Calore umido procedimento eseguito in autoclave alla temperatura di 121° per 15 minuti con 1 atm di pressione. In tali condizioni si ottiene anche l’eliminazione delle spore. Viene utilizzato anche per sterilizzare tessuti e gomme.

Filtrazione procedimento usato nei terreni di coltura si applica a tutte le sostanze liquide o gassose. I filtri sono composti da materiale poroso, con diametro sufficientemente piccolo da bloccare i microrganismi, attraverso i quali passa la soluzione da sterilizzare
Sterilizzazione degli ambienti sono luoghi in cui vengono preparate soluzioni che non possono essere trattati con altri tipi di sterilizzazione. Luoghi in cui l’atmosfera è controllata e filtrata. La sterilizzazione avviene grazie a raggi ultravioletti con potere battericida. Hanno un bassissimo potere di penetrazione e quindi non vanno a danneggiare i tessuti organici delle persone presenti nell’ambiente.
Utilizzo di mezzi chimici vengono utilizzati agenti chimici antimicrobici che impediscono la crescita del batterio. Per indicare il componente usato si mette come prima parte del nome il microrganismo colpito, seguito da -cida nel caso che tale elemento provochi la morte dell’organismo (fungicida) o –statico nel caso provochi solo l’arresto della crescita (batteriostatico). Perchè l’inibizione della crescita sia efficace il composto chimico deve sempre essere presente.
Antisettico Gassoso eliminano la contaminazione batterica tramite sostanze gassose quali formaldeide(utilizzato per sterilizzare oggetti e locali e per utilizzare le tossine batteriche come mezzo di vaccinazione creando così le aatossine), ozono(usato per sterilizzare materiali chirurgici e per medicazioni, viene poco usato in quanto può alterare molti materiali) e ossido di etilene (molto utilizzato contro microrganismi e spore)
Uso di radiazioni tramite l’uso di radiazioni ionizzanti vengono sterilizzati materiali direttamente nei loro recipienti chiusi. Si impiegano raggi gamma in quanto hanno un maggiore potere di penetrazione a differenza dei raggi UV

Caratteristiche dei Raggi UV

Sono raggi con una forte azione germicida legata alla capacità di rompere o mutare gli acidi nucleici, come limite però hanno uno scarso potere di penetrazione. Vengono impiegati nella sterilizzazione di superfici e dell’acqua.

Caratteristiche dei Raggi Gamma

Raggi molto forti e penetranti che causano la morte dei batteri per la rottura o la mutazione degli acidi nucleici. Proprio per la loro forza di penetrazione sono molto pericolosi e costosi, sono usati su strumenti in plastica quali siringhe cateteri, ecc

-- Farmaci Antibatterici --

Prima del 900 si curavano le malattie in modo empirico, nel 1929 Fleming scopri casualmente la penicillina, una mussa in grado di uccidere i batteri. Da questo periodo in avanti si diede il via alle ricerche sugli effetti che avevano determinate sostanze sui batteri, capendone così i vari meccanismi di reazione. Si sono così originati da queste ricerche diversi tipi di farmaci che potevano essere di origine naturale ovvero derivanti da altri batteri, di origine chimica ovvero sintetizzati in laboratorio o di origine naturale ma modifica in laboratorio.

I farmaci antibatterici hanno un’azione selettiva, a differenza dei disinfettanti, nel senso che inibiscono le vie metaboliche di specifici batteri. Si suddividono in grandi categorie che sono:

In base alla loro azione si suddividono in:

Batteriostatici sono in grado di arrestare la moltiplicazione batterica
Battericidi agiscono uccidendo i microrganismi

In base alla loro origine si dividono in:

Chemioterapici sono composti chimici prodotti per sintesi
Antibiotici sono prodotti da microrganismi viventi, nel caso di modifiche a livello genetico vengono definiti Farmaci Semisintetici

Antibiotici

Sono sostanze naturali prodotte da batteri e funghi caratterizzate dal fatto di possedere una tossicità selettiva a basse concentrazioni (nanogrammi / millilitri). A tali concentrazioni non risultano dannose alle cellule eucariotiche. La loro azione è quella di interferire sulla crescita e sulla moltiplicazione di altri microrganismi metabolicamente attivi, ovvero non in fase quiescente (in stato di riposo, d’inattività). Differiscono dai disinfettanti in quanto quest’ultimi sono antimicrobici tossici sia su cellule attive che su cellule quiescenti.

Gli antibiotici agiscono su dei specifici siti bersaglio delle attività metaboliche dei batteri:

Antimetaboliti sono antibiotici che vanno ad inibire la produzione della vitamina B6 e di conseguenza agiscono sulla produzione delle basi azotate impedendone la sintesi del DNA. Possono interferire con la formazione di questi componenti o sostituirsi ad essi rendendoli antimetaboliti, così facendo si va ad inibire la riproduzione del batterio.

I sulfamidici rappresentano una classe di antibiotici antimetaboliti, che per la loro disposizione nello spazio della molecola, sono simili al PABA (acido para-amminobenzoico) che rappresenta un substrato di un particolare enzima utile alla sintesi e alla replicazione degli acidi nucleici. I sulfamidici sono specifici solo per i batteri e non colpiscono l’uomo, una eccezione nel regno dei microrganismi è rappresentata dagli enterococchi.

Hanno un ampio spettro di azione contro i Gram Positivi e Negativi, vengono usati principalmente per le infezioni del tratto urinario. I sulfamidici sono usati in combinazione con trimethoprim, tale interazione permette di inibire la sintesi degli acidi folici e prevenire l’insorgenza di ceppi resistenti.

Inibizione della parete questi antibiotici sono in grado di bloccare la formazione del peptidoglicano e di conseguenza la sintesi della parete batterica. Un esempio di questa classe di farmaci sono le penicilline, antibiotici prodotti da una muffa in grado di bloccare la sintesi della parete permettendo così di debellare l’infezione. Molti batteri però sono in grado di produrre enzimi con la capacità di distruggere la penicillina. Per questo motivo vengono sintetizzati in laboratorio antibiotici semisintetici, ovvero strutture naturali modificate per resistere, come nel caso della penicillina, all’attacca di eventuali enzimi rilasciati dai batteri per difesa. I micoplasmi non avendo la parete, ma una pompa che regola l’ingresso dei liquidi, è immune alla penicillina.

Inibitori della sintesi proteica sono antibiotici che vanno ad attaccare la subunità superiore ed inferiore dei ribosomi batterici bloccando così la produzione delle proteine. Questa categoria di antibiotici non va ad attaccare i ribosomi delle cellule eucaritiche.

In questa classe si antibiotici si evidenziano:

Tetracicline hanno la capacità di legarsi alla subunità del ribosoma 30S e di bloccare il legame del tRNA nel sto A, possiedono un ampio spettro di attività

Cloramfenicolo hanno la capacità di legarsi alla subunità 50S del ribosoma bloccando il trasferimento del peptide, ampio spettro di attività e anche ampia tossicità.

-- Test di sensibilità agli antibiotici --

In caso di infezione virale o fungine non bisogna somministrare antibiotici perchè il risultato che si otterrebbe sarebbe quello di non debellare l’infezione ma di andare ad attaccare i batteri “buoni” presenti nel nostro organismo.

Ad ogni terapia antibiotica va affiancata una terapia reintegrante per permettere ai batteri “buoni” di rigenerarsi più velocemente. Si somministreranno quindi fermenti lattici, i quali cintengo al loro interno batteri vivi pronti a ripopolare la flora batterica.

Per valutare la resistenza o sensibilità di un batterio ad un antibiotico si devono usare dei metodi che valutano la concentrazione dei batteri dopo l’uso di tale farmaco. I metodi utilizzati per valutare la resistenza dei batteri ad un dato antibiotico sono:

Metodo della diluizione in brodo questo sistema mi permette di determinare la quantità di antibiotico da somministrare.

1) Si deve diluire i batteri in una serie di provette aventi medesima concentrazione.

2) Si va ad inserire nella provette dosi sempre più ampie di un dato antibiotico

3) Dopo il periodo di incubazione posso determinare quale dose ha permesso il blocco della riproduzione batterica, individuando cosi la concentrazione minima inibente (MIC) e quale dose ha permesso la morte dei batteri, individuando così concentrazione minima battericida (MBC)

Antibiogramma questo metodo permette di individuare l’antibiotico più adatto per debellare l’infezione batterica. Questo procedimento è anche noto come “metodo della diluizione in agar”. Data una piastra di terreno culturale iniettando vari antibiotici vedremo che alcuni batteri risultano sensibili mentre altri appaiono resistenti. Se attorno ad un dato antibiotico si viene a creare un alone bianco, allora il batterio è sensibile a quell’antibiotico, se invece i batteri continuano a proliferare nonostante la presenza del farmaco allora i batteri sono resistenti a quell’antibiotico. Nel caso di batterio resistente all’antibiotico bisogna ricercarne uno più adatto e la relativa quantità di somministrazione.

E Test metodo molto simile all’antibiogramma ma formato da una striscia su cui sono presenti concentrazioni diverse dello stesso antibiotico. Questo test permette quindi di individuare la quantità e l’antibiotico migliore per debellare l’infezione batterica.

Resistenza Batterica

Questo fenomeno è causato da un eccessivo uso di antibiotici durante gli anni, permettendo così ai batteri di adattarsi ai vari farmaci. Questa evoluzione da parte dei batteri avviene tramite le mutazioni, per eventi naturali o tramite la trasmissione dei plasmidi. Vi sono due principali metodi di resistenza verso i farmaci che i batteri mettono in atto:

Il batterio blocca l’ingresso degli antibiotici modificando il proprio bersaglio
Il batterio sviluppa enzimi in grado di uccidere l’antibiotico tagliandolo o rompendolo.

-- Virus --

Sono parassiti endocellulari obbligati, nel senso che per riprodursi hanno bisogno di una cellula eucaritica o procariotica da parassitare, sono caratterizzati da una capsidecostituita da materiale proteico che contiene il genoma batterico. I virus sono organismi acellulari e contengono un solo tipo di acido nucleico DNA o RNA e a seconda della posizione in cui si trova possono assumera diverse forme. Hanno una dimensione che variano dai 20 ai 400 nm, sono più piccoli dei batteri e si possono vedere esclusivamente con il microscopio elettronico. Non presentano organuli specifici come i ribosomi ma alcuni di loro possono avere degli enzimi particolari. L’involucro proteico dei virus viene acquisito durante la fase d’uscita dalla cellula infettata, per mezzo di una membrana che lo trasporta all’esterno e prende il nome di pericapside di natura lipidica. Grazie a questa membrana costituita da lipidi i virus hanno caratteristiche di pleomorfismo, ovvero la possibilità di cambiare forma.

La porzione proteica costituisce la maggior parte del virus e insieme al genoma virale assume il nome di nucleocapside. In alcuni virus attorno al nucleocapside vi è un ulteriore involucro lipidico creando così una struttura lipoproteica che protegge il genoma virale, il quale prende il nome di pericapside. Tale struttura risulta sempre presente nei virioni (singola particella virale) a simmetria elicoidale o nei virioni a simmetria isometrica.

Differenze tra Virus e Batteri

Virus	Batteri
Presenza di un singolo acido nucleico	Presenza contemporanea di DNA e RNA
Incapacità di crescita indipendente	Capacità di crescita indipendente
Riproduzione per mezzo di materiale genetico	Impossibilità di riprodursi solo da DNA o RNA
Assenza di enzimi del metabolismo energetico	Presenza
Assenza ribosomi	Presenza
Assenza informazioni per produzione enzimi ciclo energetico	Presenza
Assenza di informazioni per sintesi proteine ribosomiali	Presenza
Assenza informazioni per sintesi RNA ribosomiale e tRNA	Presenza
Incapacità di divisione	Capacità di divisione

Pericapside o Peplos

L’acquisizione del pericapside avviene mediante la protrusione (formazione di una prominenza) del nucleocapside attraverso la membrana cellulare. Con questo procedimento la particella virale termina la sua maturazione ed è attiva per poter infettare. Le proteine presenti sull’involucro lipoproteico rimpiazzano una parte delle proteine presenti sulla membrana cellulare da cui ha origine tale struttura. Piccoli gruppi di glicoproteine formano delle protuberanze (spicole) che sporgendo dalla superficie del pericapside permettono l’attacco dei virioni alla superficie cellulare dei globuli rossi causando cosi la emoagglutinazione.

Replicazione Virale

Il ciclo replicativo di un virus può essere suddiviso nelle seguenti fasi:

Adsorbimento rappresenta il momento in cui il virus si lega alla superficie cellulare. Tale legame si instaura fra i recettori specifici posti sulla membrana cellulare e l’antirecettore posti sulla superficie del capside, come ad esempio le spicole. Nel virus dell’influenza questi antirecettori sono macromolecole di natura enzimatica
Penetrazione rappresenta il momento in cui il genoma batteri ed eventualmente altre unità (enzimi, capside) entrano nella cellula ospite. La penetrazione può avvenire per endocitosi, (formazione di un vacuolo intracitoplasmatico), o per fusione. I virus nudi o con un capside complesso penetrano per endocitosi, mentre i virus provvisti d’involucro penetrano per fusione.
Decapsidizzazione fase endocellulare in cui per mezzo dei lisosomi viene disintegrato il capside permettendo così la liberazione del genoma batterico nel citoplasma. Si da così il via alla fase di replicazione biochimica in cui avviene la replicazione del genoma, la trascrizione per la sintesi dei componenti virali e la traduzione e l’assemblaggio dei vari componenti virali che danno origine ai virioni.
Sintesi macromolecolari questo processo varia in base al tipo di genoma batterico.

Nel caso di virus a RNA si distinguono ulteriori due vie di procedimento. Se il virus a RNA presenta un doppio filamento si procederà con la formazione di RNA messaggero mediante trascrittasi virale a partire dal genoma. Mentre nel caso di singolo filamento lo stesso filamento di RNA presente nel capside viene utilizzato per la sintesi, senza la necessità di una trascrizione. Nei virus a RNA tutti i processi di sintesi avvengono nel citoplasma.

Nel coso di virus a DNA in questo caso è nel nucleo della cellula infettata che avviene la sintesi dell’RNA messaggero virale, la replicazione del genoma virale e l’assemblaggio del capside.

Quando sono state prodotte un numero sufficiente di copie del genoma e delle proteine virali si da il via alla fase dell’assemblaggio del virione.

Maturazione quest’ultima fase della replicazione virale prevede la fuoriuscita dei neo virioni in modi diversi dalla cellula infettata:

Gemmazione fenomeno che avviene principalmente con i virus a RNA provvisti di envelope, in cui il core nucleoproteico del virione migra verso la superficie della membrana da cui verrà rivestito con una membrana contenente proteine virale, dopo di che averrà il distacco senza uccidere la cellula.
Esocitosi in questo processo in cui i virus a DNA con rivestimento migrano del reticolo endoplasmatico avvolti da vescicole verso le membrana dalle quali poi vengono rilascitate. Anche questo processo non comporta la morte della cellula
Autolisi processo in cui i virus per fuoriuscire dalla cellula attuano un ciclo litico portando alla rottura e quindi alla morte della cellula infettata.

Coltivazione dei virus

Essendo i virus parassiti intracellulare obbligati per poterne ottenere la moltiplicazione in laboratorio bisogna disporre di cellule viventi sensibili e permissive da utilizzare come supporto per la proliferazione. Si utilizzano animali da laboratori, embrioni di pollo o culture cellulari.

Colture cellulari in questo processo le cellule vengono coltivate in contenitori posti a temperatura di 37° con un pH controllato di 7,4 e un atmosfera con il 5% di anidride carbonica. Il terreno in cui vengono coltivate le cellule sono di tipo liquido costituiti da una soluzione isotonica e integrati con vitamine, glucosio e altri nutrimenti utili alla replicazione. Le cellule in questo ambiente si riproducono aderendo al fondo del contenitore creando così un monostrato che lo ricopre completamente. Vi sono diversi tipi di colture cellulari:

Colture Primarie in questo tipi di coltura vengono utilizzare cellule preparate a partire da un organo animale, avente quindi caratteristiche dell’organo originale (diploidi). Si possono utilizzare rene di scimmia, organi di feti umani e cellule amniotiche. Questo cellule però presentano una capacità di replicativa limitata nel tempo (alcune decine di generazioni)
Colture Continue sono colture con cellule che possono essere coltivate all’infinito, sono derivate da tumori o da cellule normali che si sono trasformate durante la sottocoltura. La loro capacità di riprodursi all’infinito è dovuta ad un numero anomalo di cromosomi, sono considerate poliploidi o aneuploidi.

Effetti citopatici virali

Rappresentano gli effetti causati dai virus su una cellula dopo l’infezione e sono:

La cellula infettata va incontro alla morte cellulare per lisi (necrosi)
La cellula può perdere la propria forma andando incontro all’arrotondamento cellulare
Altre modifiche cellulari possono portare le cellule ad aggregarsi tra di loro formando dei sincizi, ovvero cellule giganti multinucleate.
Vi può essere l’addensamento della cromatina
Assunzione di nuove proprietà, come nuovi antigeni o nuovi componenti.
Perdita di adesione del sub strato o degenerazione cellulare.
Emoadsorbimento, ovvero l’espressione della emoagglutinina

Titolazione virus

Se mi trovo in presenza di virus in grado di provocare la lisi (citolitici) sono in grado anche di calcolare quante particelle virali si sono liberate (titolazione) utilizzando il metodo delle placche.

Prelievo un campione dal paziente
Creiamo dei campioni con varie diluizioni di virus
Lasciando riposare i vari campioni i virus iniziano ad individuare le cellule bersaglio e attaccarle
Cambio il terreno prendendone uno semi solido per fissare le cellule
Colorando le cellule vedremo che vi sono delle placche, ovvero i buchi fatti dai virus per la lisi
Si moltiplicano i buchi evidenziati per la diluizione eseguita e si ha così il numero di virus fuoriuscito. Questo processo di titolazione si indica come unità di misura placca per ml.

La PFU rappresenta il numero di placche di lisi su diluizione virus

Altro metodo di titolazione dei virus è quella in embrioni di pollo che prevede l’introduzione dei virus attraverso fori praticati nel guscio e rilasciati nei liquidi di specifiche cavità corporee. La replicazione dei virus si apprezza in seguito alla morte dell’embrione e alla comparsa del potere emoagglutinante nei liquidi embrionali.

-- Virus e Infezioni --

I virus sono responsabili di molte malattie nell’uomo, negli animali e negli altri organismi. Si distinguono così virus in grado di infettare gli animali, i vegetali e i batteri, quest’ultimi denominati batteriofagi o fagi. A differenza dei microrganismi hanno la capacità di indurre effetti caratteristici sulle cellule infettate, quali la morte, la fusione o la trasformazione oncogena.

L’infezione può avvenire:

Tramite il contatto con la cute
Situazione di contagio passive quali morso di animale o siringa
Tramite penetrazione attiva delle mucose dell’ospite permettendo così al virus di duplicarsi nel luogo d’ingresso.

Alcuni virus (virus epatitici) con fattori di virulenza superiore riescono transitare nel sistema dei vasi sanguinei fino a raggiungere specifici organi bersaglio.

Azione patogena dei virus

Vi sono varie tipologie e gradi d’infezione:

Infezione acuta rappresenta un’infezione di tipo citocida in cui i virus si replica nelle cellule infettate causandone la morte, la formazione di sincizi o modificazioni cellulari. Questo tipo di infezione è sempre preceduta da un breve periodo di incubazione (virus influenzale). In genere il sistema immunitario è in grado di risolvere il problema autonomamente.
Infezione latente rappresentata da una malattia recidivante (herpes labiale HSV-1) in cui il virus non distrugge la cellula infettata ma crea un rapporto di parassitismo controllato. Questo gli permette di riattivarsi quando, per vari motivi, le difese immunitarie si abbassano. Da prima integra il proprio genoma con quella della cellula infettata generando un’infezione asintomatica, dopo di che entra in fase latente, in attesa appunto di un abbassamento delle difese immunitarie.
Infezione persistente produttiva anche in questo caso il virus non uccide la cellula ma instaura una parassitismo controllato. In seguito però il virus continua a moltiplicarsi senza mai fermarsi dando così il via ad una malattia cronica (Epatite B HBV) in seguito alla risposta immunitaria dell’ospite. Questo tipo di infezioni hanno periodo di incubazione lungo e asintomatico.
Infezione da trasformazione oncogena in questo caso il virus causa una proliferazione incontrollata delle cellule infette causando così la formazione di neoplasmi. Le cellule infettate presentano anomalie cellulari quali morfologia irregolare, anomalie cromosomiche, assenza dell’inibizione da contatto, formazione di nuovi antigeni. In un primo momento il sistema immunitario dell’ospite sembra reagire a questi cambiamenti.

Infezione virale

L’infezione virale non dipende solo dalla patogenicità di un virus ma anche da come le cellule dell’ospite si comportano nei sui confronti. Possiamo così avere diversi tipi di infezioni:

Infezione produttiva la cellula bersaglio risulta sensibile e permissiva all’infezione. Il ciclo replicativo del virus risulta essere completo e si può avere una progenie virale infettante.
Infezione restrittiva la cellula è sensibile ma le condizioni di permissività non sono costanti ma legate a determinate funzioni fisiologiche.
Infezione latente il DNA virale entra nella cellula integrandosi con il proprio genoma, o rimanendo in forma circolare nell’attesa della replicazione cellulare.
Infezione abortiva la cellula risulta sensibile ma non è completamente permissiva per l’espressione di tutti i geni virali. Di conseguenza l’infezione si arresta spontaneamente nella produzione di alcuni prodotti precoci senza un ciclo completo di replicazione e senza la produzione di una progenie virale

Farmaci antivirali

Se si va a bersagliare il virus si attacca anche la cellula, di conseguenza bisogna avere farmaci chemioterapici molto selettivi. Purtroppo a tutt’ora non si sono ancora trovati sistemi che non siano tossici per l’ospite e che allo stesso tempo distruggano i virus, anche perchè essendo endocellulari offrono scarsi bersagli utili al farmaco per essere pienamente selettivo. Altro limite per i farmaci è l’impossibilità di agire durante la fase di latenza. Tali chemioterapici vengono infatti somministrati durante la fase replicativa, addirittura prima della vera fase d’infezione. In genere i farmaci vanno a bersagliare il DNA o la capacità di assembramento dei virus nella cellula. Vi sono poi problemi relativi agli effetti collaterali e alla possibilità di comparsa di virus resistenti. La terapia va quindi sempre iniziata prima che si sviluppino danni irreversibili se no gli attuali chemioterapici non sono in grado di debellare l’infezione.

-- Diagnosi Virologica --

Analisi Diretta

Rilevazione dell’antigene per eseguire questo metodo di ricerca bisogno prelevare un campione di tessuto o materiale cellulare del paziente. Dopo ci che, tramite la tecnica dell’immunoflorescenza, si fa aggredire il materiale patogeno da un anticorpo primario seguito da un secondo tipo di anticorpo con la proprietà di essere fluorescente. I due anticorpi si legano tra di loro e tramite l’emanazione di fluorescenza si può individuare le zone patogene attaccate dal prima anticorpo. Questo metodo risulta rapido e molto sensibile ma di contro ha che richiede personale specializzato ed è molto soggetto alla qualità del campione

Microscopia elettronica grazie all’alto potere di risoluzione dei microscopi elettronici si è in grado di analizzare un campione biologico per ricercare la presenza di virus e riconoscerle in base alla loro morfologia. (Si utilizzano ingrandimenti di 150.000 volte il campione originale)

Microscopia ottica per il suo basso potere di risoluzione non siamo in grado di vedere i virus che infettano un tessuto, ma possiamo rilevare in questo tessuto eventuali anomalie portate da un’infezione virale come ad esempio accumuli di materiale virale (corpi di inclusione). Questa tecnica non specifica e non sensibile può essere utilizzata nella diagnosi di alcune infezioni virali quali:
L’infezione da citomagalovius CMV (HHV-5) in cui le cellule si fondono tra di loro e al microscopio ottico si possono vedere come due occhi da gufo (intracellulari)
L’infezione del virus della rabbia in cui si vengono a creare dei “corpi negri” a livello intracitoplasmatico che sono visibili con il microscopio ottico

Rilevamento degli acidi nucleici questa tecnica può essere applicata con 2 differenti metodi

Ibridazione con sonde specifiche ovvero vado a ricercare nel mio campione genetico se è presente una sequenza di basi azotate del virus a me nota. Questa tecnica può essere eseguita su fase liquida o su fase solida è molto sensibile e specifica.

Amplificazione del bersaglio dato sempre un campione di DNA patologico e un insieme di primer, (filamento di acido nucleico che serve come innesco per la replicazione del DNA), è possibile amplificare piccole sequenze nucleotidiche permettendo così l’analisi del genoma alla ricerca di quello virale. Questo processo è permesso grazie all’uso della PCR Reazione a Catena della Polimerasi, un enzima che è in grado di amplificare molecole di DNA preesistente, tuttavia questa tecnica prevede che sia nota la sequenza nucleotidica di una porzione di gene. Il procedimento è:
Fase di denaturazione il frammento di DNA noto viene fatto denaturare, dividere, ad alte temperature 95° per 1 minuto
Fase dell’appaiamento segue un abbassamento della temperatura (50°-60°) che consente ai primer di legarsi alle sequenze complementari (solo se presenti) del DNA cellulare
Fase d’estensione se la precedente fase è andata a buon fine e se vi è un eccesso di acidi nucleici nel campione, la DNA polimerasi provvederà alla loro estensione.

Con questo sistema si ottengono così 2 copie del DNA originale che vengono successivamente denaturate per iniziare nuovamente il ciclo precedentemente descritto. Ripetendo questa catena di procedimenti per 30 – 40 volte si ottengono così sequenze nucleotidiche amplificate fino a 10 milioni di volte, ottenendo così quantità di DNA largamente analizzabili per elettroforesi in gel, ibridazione con sonde specifiche o per sequenziamento. Si può così identificare con ceretezza la presenza del genoma di un virus o batterio.

PCR reazione a catena della polimerasi

Questa tecnica che permette di amplificare il bersaglio nell’analisi diretta del viru risulta molto rapida, facile da allestire e con un’altissima sensibilità ma di contro ha la facilità di dare falsi positivi in quanto è molto suscettibile alle contaminazioni. Altro fattore negativo è quello di richiedere personale specializzato e di dare, a volte, difficoltà nell’interpretare un risultato positivo.

Con lo sviluppo tecnologico sono state apportate delle varianti alla PCR:

Nested PCR prevede una doppia amplificazione con 2 set di primer
Multiplex PCR da la possibilità di analizzare più tipologie di virus a partire da uno stesso campione
Real Time PCR viene data la possibilità di vedere “in diretta” lo svolgersi del test
PCR Quantitativa permette di quantificare uno specifico DNA o RNA mediante l’incorporazione di una molecola fluorescente. Si vedrà così che l’intensità della fluorescenza è direttamente proporzionale alla quantità di materiale iniziale

Va evidenziato un fattore importante, nella teoria la PCR prevede un raddoppio ad ogni ciclo del materiale iniziale, mentre che nella pratica con il procedere dei cicli della PCR alcuni componenti del mix si esauriscono e compaiono degli inibitori della PCR stessa che la fanno terminare (fase di plateau). Si capisce quindi qual’è l’utilità della PCR real time, in quanto permette di analizzare gli amplificati nella fase esponenziale, mentre che nella vecchia PCR veniva fatta nella fase di plateau.

Analisi Indiretta

Colture cellulari è il metodo più utilizzato per l’isolamento virale e prevede un campione di cellule primarie, che derivano dal paziente, una successiva divisione con la formazione di cellule secondarie e dopo di che depositate in coltura. Se vi è la presenza di un virus si potranno verificare dei fenomeni che permettono di identificare la tipologia di agente patogeno.
Effetto citopatico come il poliovirus in cui in genere si verifica l’arrotondamento delle cellule il loro distacco e la consecutiva lisi
Formazione di sincizi come per il virus del morbillo che genera cellule giganti e multinucleate
Emoadsorbimento come il virus della parotite in cui i globuli rossi si adsorbono alle cellule infette

Questo tipo di coltura cellulare richiedere però un lungo tempo d’incubazione ed è molto sensibile, quindi se vi è anche una leggera contaminazione del campione il test non risulta attendibile. C’è ancora da sottolineare il fatto che non tutti i virus si riescono riprodurre in colture cellulari.

Uova in questo metodo si sfruttano le varie zone membranose delle uova embrionate per iniettare i vari virus da testare. Ogni zona è più suscettibile ad un determinato agente virulento

Animali

Sierologia

Questo metodo permette di controllare se vi sono gli anticorpi primari, ovvero quei particolari anticorpi che si vengono a creare per primi in seguito al riconoscimento di un’infezione. Le immunoglobuline (Ig) di classe M e G rappresentano gli indicatori d’infezione.

In seguito ad un infezione il nostro sistema immunitario

se è la prima volta che viene colpito, attiverà una risposta primaria in cui produce anticorpi della classe IgM e in seguito anticorpi IgG, scatenati dalla rilevazione dell’antigene non self. Dopo un periodo di latenza appaiono nel corpo anticorpi specifici che aumentano in modo esponenziale fino a raggiungere la massima concentrazione che rimane tale per un certo tempo, per poi decrescere rapidamente. Nella risposta primaria i tempi variano in base all’antigene.
se viene colpito da un antigene già memorizzato attiverà una risposta secondaria rilasciando nel sangue anticorpi della classe IgG senza però produrre anticorpi IgM o con minima produzione. Si avrà quindi una breve fase di latenza seguita da un notevole aumento della concentrazione di IgG e da una successiva fase di plateau che persisterà per molto tempo anche anni.

Questo sistema di difesa permette di studiare la presenza o meno, e il tipo di infezione che può aver colpito un organismo. Vi sono dei parametri standard per capire se è in corso un’infezione primaria o secondaria:

Diagnosi da infezione primaria

Si avrà un aumento di almeno quattro volte del titolo IgG nel siero acuto rispetto a quello convalescente
Presenza di IgM
Sieroconversione

Diagnosi da infezione secondaria (riattivazione)

Si avrà un forte aumento del titolo IgG
Assenza o basso titolo di IgM

In alcuni casi può essere difficile distinguere un’infezione primaria da una riattivazione. Una delle cause di una reinfezione è il fatto che il virus non è stato del tutto eliminato durante l’infezione primaria. I metodi utilizzati per lo studio delle infezioni nella sierologia sono l’utilizzo di metodi immunoenzimatici, metodi radioimmunologici, fissazione del complemento e Western Blot.

C’e da dire che i risultati dati dalla tecnica della sierologia sono limitati in quanto valgono solo se:

L’inizio dei sintomi è correlata alla comparsa degli anticorpi specifici (rosolia)
Utile quando i virus producono sintomi mesi o anni dopo l’infezione (rabbia), permettendo così di porre una diagnosi definitiva grazie alla sola presenza degli anticorpi
Utile per conoscere lo stato virologico del donatore e del ricevente nel caso di trapianto

Vi sono però anche dei limiti molto forti in questa tecnologia:

Risulta poco utile quando vi sono virus che producono sintomi clinici ancora prima della comparsa di anticorpi specifici.
Nelle infezioni locali non sempre vi è la comparsa di una risposta anticorpale
Negli immunocompromessi vi è un assento e scarsa risposta immunitaria
Pazienti con mononucleosi, malattie del tessuto connettivo o trasfusioni di sangue possono dare dei falsi positivi.
Lunghi tempi di risposta

-- Virologia Sistematica--

Papillomavirus Umani (HPV)

Appartengono alla famiglia delle papillomavirinae, il principale luogo d’infezione sono gli epitaeli squamosi pluristratificati. Si dividono in due tipologie principali HPV α (luogo di’infezione le mucose) e HPV β (luogo d’infezione la cute). E’ un virus con un’ampia gamma di genomi, ne sono conosciuto più di 100 con caratteristiche patologiche diverse.

Sono virus a DNA con doppia elica circolare, costituiti da:

7 geni di tipo E (Early = espressi precocemente) con il compito di regolare la trascrizione dei geni e del DNA virale
2 geni di tipo L (Late = espressi tardivamente) con il compito di codificare le proteine strutturali.

Le proteine E sono le uniche espresse nelle cellule basali degli epiteli pluristratificati e possono causare la proliferazione incontrollata delle cellule infette causando così la formazione di carcinoma. L’HPV α infettando le mucose può causare neoplasmi causando così per esempio il tumore alla cervice uterina o del basso tratto genitale (vulva, vagina, ano). Sono dotati di uno spiccato tropismo per gli epiteli e quindi squamosi e pluristratificati, che in base a quale tessuto hanno infettato gli conferisce uno sviluppo diverso. Risulta quindi impossibile moltiplicarli in colture cellulari in vitro, bensì è possibile farli riprodurre in colture organotipiche.

Il contagio avviene tramite contatto diretto con lesioni di persone infettate o con materiale contaminato dal virus. Il microrganismo penetra poi attraverso l’epidermide lesionata dell’ospite e raggiunge gli strati basali. Attualmente il papillomavirus rappresenta la più comune causa di malattia a trasmissione sessuale ed è previsto un vaccino per questo tipo di patologia, da somministrare precocemente e su larga scala per prevenire l’insorgenza del tumore alla cervice. Questo vaccino prevede l’inoculazione del virus HPV privato del proprio materiale genetico e modificato generando una risposa antigena molto più elevata, in questo modo il corpo può attivare e sviluppare anticorpi specifici più rapidamente e in modo sicuro. L’attuale vacino in commercio è stato studiato per 4 ceppi del virus:

HPV 16 e 18 che sono quelli più frequentemente associati alla formazione di carcinomi al collo dell’utero

HPV 11 e 6 che sono legati a lesioni benigne dette condilomi che non sono però mortali.

Per valutare se vi è un’infezione da papillomavirus si utilizza la tecnica della PCR, mentre per valutare la presenza o l’insorgenza di un probabile carcinoma si esegue il PAP TEST

Le manifestazioni del papillomavirus si dividono in base alla zona di contagio:

Lesioni cutanee potremo avere verruche di vario tipo o formazione di carcinomi
Lesioni mucosali potremo avere dei condilomi (una specie di verruca), papillomi delle vie respiratorie, lesioni della mucosa orale e genitale e carcinoma della carvice o della laringe o orofaringe.

La formazioni di tumori da parte del HPV è dovuta alla sua capacità di trasformare le cellule infettate. Nell’ambito dei vari sottotipi di HPV umani esistono due tipi di genotipi definiti:

Alto Rischio ovvero che hanno un alto potere di trasformare (genotipi 16 - 18)
Basso Rischio ovvero con un basso potere di trasformare (genotipi 6 - 11)

Queste differenze variano il loro potere tumorale, che dipende dalla capacità dei geni E6 – E7 di inibire l’espressione di alcuni geni denominati soppressori tumorali.

Herpesvirus (HHV)

Sono virus a DNA che utilizzano il nucleo delle cellule infette per la sintesi del DNA virale e l’assemblaggio dei virioni, causando la lisi della cellula al termine del processo di riproduzione. Questa famiglia di virus ha la capacità di rimanere in latenza all’interno dei gangli dei nervi, il suo genoma virale assume una forma circolare chiusa e solo alcuni dei geni presenti viene espressa.

HHV-1 Herpes Labiale

E’ il principale responsabile delle manifestazioni erpetiche cutanee localizzate prevalentemente nella cute della zona periorale (erpete labiale) o nella mucosa buccale (gengivostomatite erpetica).

L’infezione attiva e di conseguenza la replicazione attiva del virus avviene proprio nella zona d’infezione sul labbro, mentre come già detto la zona di latenza è rappresentata dal ganglio del nervo che segue. Si contrae sovente durante il periodo dell’infanzia per interazione diretta con l’individuo infettato e portatore di lesioni. A volte possono derivare delle complicanze quali l’encefalite erpetica ad un solo lobo temporale.

HHV-2 Herpes Genitale

Responsabile dell’erpete genitale si manifesta sulle mucose genitali, il contagio avviene tramite rapporto sessuale e può indurre alla formazione del tumore della cervice. Si manifesta attraverso vesciche riunite “a grappolo”

HHV-3 Varicella – Zoster

La varicella è una comune malattia infantile, il virus penetra da prima tramite le vie respiratorie che da il via ad una prima fase dell’infezione seguita da una seconda che prevede la sua diffusione agli organi interni, alla cute e alle mucose.Il suo decorso prevede:

Un periodo di incubazione di 10 – 20 giorni
Comparsa di esantema (eruzione cutanea di vescicole, pustole, bolle) da prima macule, seguono papule che si trasformano poi in vescicole che a loro volta diventano croste
Con l’assorbimento delle croste la malattia a terminato il suo decorso e si guarisce

Solitamente la si prende in forma leggera e raramente può portare encefalite.

Nel caso però la varicella non venga debellata completamente può riattivarsi dando così origine al Herpes Zoster. La riattivazione in genere avviene a causa di un abbassamento delle difese immunitarie (immunodepressione) e della presenza del virus nei gangli dei nervi spinali sensitivi o dei nervi cranici, dove era entrato in latenza dopo la precedente infezione. Muovendosi lungo i fasci nervosi provoca lesioni cutanee localizzate nella zona di distribuzione delle fibre nervose, comporta notevole dolore ai nervi con bruciore toracico o facciale e comparsa di vescicole.

Durante la fase di riattivazione il virus torna ad essere contagioso! Prevede una guarigione spontanea e raramente può comportare a complicanze in soggetti immunodepressi

HHV-4 Mononucleosi Infettiva

Detto virus di Epstein - Barr (EBV) si trasmette in età giovanile tramite le secrezioni della saliva e ha come luogo d’infezione primaria le cellule epiteliali dell’orofaringe, tuttavia il virus presenta un particolare tropismo per i tessuti linfatici. Dopo una prima infezione a carico dell’epidermide segue un periodo di latenza all’interno dei linfociti B che lo portano in giro per tutto l’organismo Si hanno manifestazioni esantematiche, febbre, faringite. La fase di post riattivazione può risultare asintomatica e in assenza di un efficiente risposta immunitaria porta all’immortalizzazione dei linfociti B infetti. Sono rari i casi in cui a seguito d’infezione si vene a formare un tumore, ciò è possibile solo nel cosa di cofattori quali gli immunosoppressori, si ha la completa guarigione nel giro di 4 – 8 settimane. Il nostro sistema immunitario produce da subito immunoglobuline del tipo M e successivamente quelle del tipo G contro l’antigene VCA. Solo tardivamente (1-3 mesi dopo) compaiono anticorpi anti EBNA che però restano a tempo indeterminato nel torrente circolatorio insieme alle IgG anti VCA.

HHV-5 Citomegalovirus

Infezione ampiamente diffusa e molto spesso asintomatica negli individui sani.

Infezione intrauterina rappresenta l’infezione primaria durante la gravidanza, vi è una buona percentuale di probabilità che il virus venga trasferito al feto una lieve percentuale che i neonati nascono con un quadro clinico grave.

Infezione neonatale si verifica al mento del parto quando la madre ha un’infezione attiva nel tratto genitale. La maggior parte dei neonati non sviluppa sintomi evidenti, in alcuni casi si possono manifestare patologie varie, ritardo dello sviluppo, si hanno quadri clinici meno gravi dell’infezione intrauterina

Infezione dell’infanzia, dell’adolescenza e dell’adulto l’infezione la si acquisisce generalmente nell’infanzia per via inalatoria mantenendosi silente per lunghi periodi nelle ghiandole salivari, nei tubuli renali e nei linfociti. La riattivazione, anche se asintomatica rappresenta il momento in cui il virus viene eliminato e quindi risulta nuovamente contagioso. La riattivazione avviene sempre per un calo delle difese immunitarie, e comporta la formazione di polmonite o localizzazioni epatiche, cerebrali o oculari.

HHV-6 Esantema Subitum o VI Malattia

Virus presente nella saliva e nelle ghiandole salivari, viene trasmesso via orofaringe e infetta le difese immunitarie linfociti B e T, monociti (globuli bianchi), astrociti e le cellule NK (cellule del sistema immunitario utili nel riconoscimento e nella distruzione delle cellule tumorali). Rappresenta un’infezione ormai molto diffusa e quindi oltre il 90% dei soggetti adulti possiede anticorpi specifici per combatterla. L’infezione primaria è caratterizzata da febbre alta per 3 – 4 giorni seguita dalla comparsa di esantema maculopapuloso.

HHV-7

Virus non ancora associato ad un quadro clinico morboso, l’infezione si acquisisce precocemente e la maggior parte dei soggetti adulti dispone difese specifiche per combatterlo. Come segni d’infezione si hanno eruzioni cutanee e manifestazioni esantematiche.

HHV-8 Sarcoma di Kaposi

Neoplasia caratterizzata da cellule a forma di fuso denominate “spindle cells” , le quali hanno un DNA omologo alle sequenze note degli herpesvirus da cui è stato isolato un nuovo HHV denominato KSHV. E’ presente nella saliva e si strasmette per via sessuale, attacca i linfociti B e va in latenza dentro di loro circolando nel torrente sanguineo. Viene associato al sarcoma di Kaposi.

Adenovirus

Virus con forma isometrica a DNA con doppia elica lineare privo di pericapside delle dimensioni di 70 – 90 nm. Si assembla nel nucleo della cellula infettata provocando la lisi nel momento del rilascio dei neo virus. Il siti d’infezione primaria sono gli epiteli basali delle mucose del sistema respiratorio, gli epiteli basali oculari della congiuntiva o della cornea e quelli gostrointestinale; nei linfonodi (tonsille, adenoidi, ecc) si ritira per la fase di latenza. Causa un’infezione litica (lisi delle cellule infette) a volte persistente e latente, si diffonde tramite aerosol, solo se a stretto contatto, o per via oro-fecale stabilendo così un infezione a livello faringeo, raggiunge gli occhi tramite le dita. Il sistema immunitario viene aiutato da una profilassi che prevede l’inoculazione di un vacino preparato con un virus vivo ed elimina il virus attraverso gli occhi, il naso e l’ano. Sono colpite tutte le fasce d’età e con maggiore semplicità gli immunodepressi. Un esempio d’infezione da adenovirus è la congiuntivite, l’ingrossamento dei linfonodi, la diarrea, la polmonite e la faringite.

Per esempio la congiuntivite causa occhi rosso palpebre ingrossate e croste sulle ciglia.

Parvovirus

Famiglia di virus con forma isometrica delle dimensioni di 18 - 26 nm privo del peplos (capsula) a DNA lineare con un solo filamento, si assembla nel nucleo delle cellule infette. Si distinguono die tipi di virus in questa famiglia Virus Adenoassociato (AAV) e Parvovirus B19. La trasmissione di questi microrganismi avviene solo nell’uomo per via inalatoria delle secrezioni respiratorie infette.

Parovirus B19

Epidemiologia

Rappresenta la quinta malattia che infetta l’uomo e si manifesta con un eritema infettivo, si viene contaminati in età infantile scolare e prescolare. In età adulta gli individui posseggono anticorpi specifici per contrastare l’infezione ma se l’infezione viene contratta durante la gravidanza viene passata al feto e può portare alla distruzione ei globuli rossi (eritrociti) e quindi alla morte del feto stesso.

Diagnosi

Si possono rilevare già 3-5 giorni dopo l’inizio della sintomatologia la presenza di IgM specifiche (RIA o ELISA). In seguito verranno prodotte IgG che perdureranno per un tempo maggiore (anni)

Per rilevare la presenta di DNA virale si utilizza la tecnica della PCR su campioni di sangue, secrezioni respiratorie, tessuti di organi quali milza, osso, ecc.

Profilassi

Non esistono trattamenti antivirali specifici, ma solo i vaccini per parvovirus del cane e del gatto. Per l’uomo si utilizzano trattamenti antivirali aspecifci.

Decorso della malattia

La trasmissione avviene per via respiratoria
Dopo 1 settimana iniziano i primi lievi sintomi (febbre, malessere, prurito e mialgia ovvero dolore muscolare)
Segue una fase in cui si vengono a ridurre gli eritrociti e i precursori di granulociti e macrofagi nel midollo osseo
Dopo circa 20 giorni appare un esantema da prima a livello della faccia e dopo 3 - 4 giorni agli arti con diffusione in senso centripeto
Segue una brusca riduzione del numero di eritrociti nel midollo osseo, causando così un’anemia lieve autolimitante nei soggetti sani, che innesca la risposta immunitaria.

Vi possono essere complicanze nel caso di soggetti già affetti da anemia falciforme o da talassemia.

Paramyxovirus

Virus di forma sferica delle dimensioni di 150-300 nm con RNA a polarità negativa.

Nota

Nel caso di RNA con polarità positiva il materiale genetico può subito essere utilizzato per la sintesi di nuovi virioni, mentre con RNA a polarità negativa vi deve prima essere una fase di trascrizione e traduzione.

Questo tipo di virus è provvisto di pericapside e si replica nel citoplasma delle cellule infettate. E’ in grado di compiere trasformazioni sulle cellule attaccate come la formazione di sincizi tramite l’attività fusogena. Altre attività biologiche di cui è dotato sono l’emoagglutinazione e l’emolisi.

Questa famiglia contiene diverse sottofamiglie di virus specifici per una determinata patologia:

Paramyxovirus (Virus Parainfluenzale Umano) comprende 4 tipi di antigeni diversi e genera un’infezione di tipo sintomatico aspecifico, rendendo impossibile al nostro organismo di generare difese immunitarie specifiche, permettendo allo stesso virus di infettare nuovamente l’ospite dopo breve tempo. Si ha quindi un’immunizzazione legata esclusivamente alla formazione di IgA sulle mucose respiratorie. Negli adulti genererà un’infezione a livello dell’apparato respiratorio superiore, mentre nel bambino vengono attaccate anche le vie aeree inferiori.

Rubulavirus (Virus della Parotite) Noto per ora con un solo antigene si diffonde attraverso la saliva e le secrezioni respiratorie, ed entra nel corpo dell’individuo tramite il canale respiratorio, rappresenta una patologia poco contagiosa che riguarda i bambini in età prescolare. Tale patologia ha una guarigione spontanea ed è caratterizzata dall’ingrossamento delle ghiandole parotidi e da febbre moderata. Ha un periodo d’incubazione di 15 giorni e come sito di replicazione primario utilizza l’epitelio respiratorio e i linfonodi cervicali. Sono rare le complicanze se fatta in età infantile, mentre se insorge in individui adulti e maschili può comportare la sterilità, a causa di orchite, e atrofia testicolare. Nel caso d’individuo adulto femminile, se in fase di gravidanza, può generare danni al feto. Si consiglia di effettuare vacino prodotto con virus attenuato, che immunizza l’organismo per 12 anni. Si può anche utilizzare per una profilassi passiva immunoglobuline specifiche. Alcuni esempi di complicanze sono rappresentate dalla meningite, dall’encefalite e della pancreatite.

Morbillivirus (Virus del morbillo) Malattia esantematica infantile molto contagiosa e autorisolvente. La trasmissione avviene per via inalatoria di grosse gocce e dopo un periodo di incubazione di 10 - 12 giorni si hanno i primi sintomi febbre, malessere ed esantema. Prima della comparsa dell’esantema si ha tosse, congiuntivite e mal di testa. Il sito di replicazione primario è rappresentato dalla mucosa respiratoria, in seguito il virus va in latenza nei linfonodi, dopo di che vi è la formazione di policariociti

. Se si viene infettati da piccoli si poi protetti per tutta la vita, in quanto si sviluppiamo anticorpi che rimangono in circolo per moltissimo tempo, in caso di necessità può sempre essere utilizzato un vacino preparato in laboratorio con un virus attenuato. Questo tipo di virus non da complicanze, solo raramente va a colpire il sistema nervoso o creare una Panencefalite sclerosante subacuta.

Pneumovirus (Virus Respiratorio Sinciziale) virus che da manifestazioni nel tratto respiratorio inferiore, contagia i bambini nei primi 2 anni di vita. Il principale sito di replicazione è il tessuto epiteliale del tratto respiratorio superiore con successiva diffusione in quello inferiore. Il contagio avviene principalmente a livello ospedaliero e va preso in tempo perchè ha un tasso di mortalità molto elevato.

Orthomyxovirus (Virus dell’influenza) Virus di forma sferica con RNA a polarità negativa costituito da peplos e delle dimensioni di 80 - 120 nm. Viene trasmesso per via inalatoria e si replica nel nucleo dopo un periodo d’incubazione di 1-2 giorni. E’ suddiviso in 3 tipologie di virus:

Virus di Tipo A questa tipologia di virus ha un’alta variabilità antigenica che impedisce di immunizzare in modo efficace e per molto tempo un’organismo. I vari vaccini influenzali che vengono somministrati sono composti da un’insieme di virus con i maggiori effetti collaterali, senza andare a prendere in considerazione molti altri tipi.
Virus di Tipo B anche questa tipologia di virus può presentare variabilità antigenica, è inoltre in grado di provocare epidemie.
Virus di Tipo C In fine questa tipologia di virus risulta avere una buona stabilità antigenica e quindi vi è la possibilità di contrastarlo, anche se non ha un grande potere invasivo.

La variabilità antigenica, (glicoproteine di superficie), è permessa dalla natura segmentata del genoma. Il virus va a colpire le prime vie respiratorie e il distretto naso-faringeo, molto diffuso nei bambini in età scolastica, prevede una guarigione spontanea. L’infezione che si manifesta risulta fortemente debilitante e, nei soggetti a rischio (anziani, immunocompromessi, pazienti con problemi cardiaci), favorisce l’insorgenza di altre infezioni. Può formarsi una superinfezione che porterà alla comparsa di polmonite.

In caso di un infezione di questo virus si può instaurare in seguito anche un’infezione batterica causata dall’abbassamento delle difese immunitarie. Alla comparsa di segni quali catarro e secrezioni varie bisognerà quindi somministrare antibiotici. Questa operazione non va fatta prima della comparsa della tosse o del catarro, in tal caso, se vi è la presenza di febbre, va preso un antipiretico. Lacura antibiotica va assunta fino alla fine della prescrizione per assicurare la certezza di aver debellato tutti i ceppi di batteri.

microbiologia

Togavirus

Virus appartenente alla famiglia dei togaviridae che si divide in 2 generi: Alphavirus e Rubivirus che sono i portatori della rosolia un’altra malattia esantematica infantile

Virus della Rosolia

Virus a RNA a singola elica con polarità positiva, presenza del pericapside e delle dimensione di 40-80 nm, contagia l’uomo in età infantile. Si trasmette tramite le secrezioni respiratorie, il suo primo luogo di replicazione sono le mucose delle prime vie aeree, in seguito va in latenza nei linfonodi. Solo successivamente gira nel sangue (viremia) provocando un esantema con la comparsa di eruzioni cutanee circa 15-20 giorni dopo l’infezione. Per immunizzare l’uomo viene somministrato un vacino preparato in laboratorio con il virus attenuato, permettendo così all’organismo di creare tranquillamente le difese immunitarie specifiche.

- In caso di contagio durante la gravidanza la malattia viene subito trasmessa al feto con complicanze permanenti quali difetti cardiaci e sordità.

- I sintomi e segni di un’infezione post-natale sono: rash cutaneo, febre, mal di testa e dolori articolari. In caso di complicanze si possono avere danni all’encefalo.

microbiologia

Retrovirus

Famiglia di virus che comprende vari tipi:

Oncovirus responsabile dei tumori nell’uomo
Lentivirus Responsabile dell’HIV
Spumavirus

Questi virus sono a RNA diploide, ovvero con 2 catena identiche di RNA, con polarità positiva, sono dotati di capsula e i loro enzimi vengono creati tramite trascrittasi inversa o DNA polimerasi a RNA dipendente.

HIV (Virus dell’immunodeficenza umana)

Appartiene alla famiglia dei retrovirus del genere lentovirus venne scoperto negli anni 80 sugli omosessuali e negli eroinomadi. Si differenzia in 2 tipi HIV-1 presente nell’Europa, nell’America e nell’Africa centrale e HIV-2 presente solo nell’Africa Occidentale.

La patologia legata a questo virus è l’AIDS sindrome dell’immunodeficenza acquisita che porta l’ospite a non avere più un sistema immunitario e quindi ad essere soggetto ad ogni infezione. Possiede un genoma a 2 strutture di RNA (diploide) racchiuso nella capsula, all’esterno presenta due recettori glicoproteici GP41, esenziale nel processo di fusione e GP120 con funzione di antirecettore virale. Per replicarsi ha bisogno di una trascrittasi inversa ovvero l’RNA virale viene trascritto dalla DNA polimerasi in DNA per poi essere integrato nel genoma dell’ospite.

Il contagio avviene esclusivamente per via parenterale tramite i rapporti sessuali, per scambio di siringhe infette, per trasmissione tra madre e figlio durante il periodo fetale o tramite il latte. L’infezione primaria è asintomatica e nei primi 2 mesi si ha la fase di replicazione del virus (periodo finestra) durante il quale può manifestarsi una leggera febbre, questa fase è caratterizzata da una forte viremia. In questo passaggio non è possibile effettuare esami per il riscontro dell’infezione perchè gli anticorpi non sono ancora stati formati. Segue poi la malattia acuta autorisolvente in cui si ha la comparsa di febbre e sintomi simili alla mononucleosi che può durare da 1 settimana fino ad anche 3 mesi. Passate queste due fasi il sistema immunitario dell’ospite è pronto ad attaccare e riesce a far diminuire o eliminare la viremia presente nel corpo facendo si che il virus vada ad infiltrarsi nei linfonodi dove prosegue la sua replicazione in piena tranquillità (latenza virale). In fine il virus da il via alla sua ultima fase quella della sintomatologia morbosa in cui vi è la comparsa dei primi sintomi evidenti: infezioni varie e ingrossamento dei linfonodi, questa fase viene detta di “AIDS conclamato” Dalla fese d’infezione alla fase sintomatica possono passare anche 10 anni, durante i quali il virus HIV attacca i linfociti T, i macrofagi e tutte le cellule con recettore CD4 abbassando gradualmente le difese immunitarie dell’ospite. Nella fase di AIDS conclamato le difese immunitarie sono completamente azzerate e quindi l’ospite risulta esposto ad ogni possibile infezione.

Per la diagnosi di questa mallattia si procede alla ricerca di anticorpi anti-HIVpresenti nel siero, sintomo di avvenuta infezione. Si va in seguito a ricercare gli antigeni virale e, tramite la PCR, si va a cercare il genoma virale. In seguito si va ad isolare il virus in colture per determinare lo stato di avvanzamento. Questa mallattia non può essere curata ma se presa in tempo può essere mantenuta sotto controllo.

microbiologia

Picornavirus

Piccoli virus a RNA di forma sferica a singolo filamento positivo, sono sprovvisti di pericapside e risultano molto resistente agli agenti chimico-fisici con proprietà termostabili. Si replica nel citoplasma delle cellule infette e in seguito ne causa la lisi. Si divide in tre generi:

Rhinovirus colpisce le prime vie aeree respiratorie e rappresenta l’agente eziologico del raffreddore. Ha come sede di replicazione primaria le cellule della mucosa nasale. Sono in grado di essere inattivati in presenza di pH acido e rimangono ancora attivi anche a 50°
Enterovirus il contagio avviene per via oro-fecale per contatto con mani e materiale sporco, è caratterizzato da un’infezione asintomatica e da una sintomatologia enterica, dando luogo ad enteriti e polmoniti. Da notare che il capside dell’enterovirus è resistente ai trattamenti che avvengono nelle fogne e ai detergenti, permettendo così a questi virus di essere trasmessi tramite le mani.

microbiologia

Epatovirus virus dell’epatite A

Rotavirus

Virus a RNAprivi di pericapside ma con un capside a doppio strato che gli permette di assumere un aspetto a ruota. Danno una sintomatologia di tipo enterico, rappresentando la prima causa delle anifestazioni diarroiche infantili. Vengono trasmessi tramite il circuito oro-fecale o per via aerea, sono più frequenti nel periodo invernale. Per individuarne la presenza si effettua la ricerca degli antigeni all’interno delle feci. Questo virus viene eliminato dall’ospite attraverso le feci.

microbiologia

Virus dell’epatite

Sono noti 5 tipi di virus tutti a RNA ad eccezione di quello dell’epatite B, ci si può vacinare solo per l’epatite A e B. Ad esclusione dell’epatite A ed E che si trasmette per via boccale tutti gli altri si trasmettono per via ematogena e danno origine a complicazioni croniche.

Epatite A (HAV) - epatite infettiva

Causata dall’enterovirus tipo 72 della famiglia dei picornavirus entra nell’organismo tramite ingestione di cibi infetti. Ha un periodo d’incubazione di 3-5 settimane durante il quale infetta l’epitelio intestinale per poi trasferirsi tramite la viremia al fegato. Dopo circa 15 giorni il virus risulta già presente nelle feci, questo gli permette di trasmettersi anche per via oro-fecale. L’eliminazione del virus con le feci continua fino alla comparsa dell’ittero. Per individuare la presenza di questo virus si esegue un analisi del siero e si riscontrerà un aumento delle IgM e IgG e la formazione di anticorpi anti-HAV. Si ha un esordio improvviso seguito da una malattia asintomatica acuta e autolimitante. E’ un virus poco letale con assenza di cronicizzazione di lieve gravità.

Epatite E (HEV)

Questa patologia è causata dal calicivirus un microrganismo a RNA monofilamento con polarità positiva che si replica nel citoplasma della cellula infetta e ne provoca la consecutiva lisi.

Questa forma di epatite si trasmette per via oro-fecale, come per esempio la contaminazione da parte delle feci di una riserva idrica; la malattia ha un periodo d’incubazione di 25-55 giorni è di tipo autorisolvente e se di norma non è molto letale lo diventa nel caso di donne incinte. Si manifesta principalmente nei paesi in via di sviluppo e contamina persona tra i 15-40 anni. Per diagnosticare la sua presenza si esegue la PCR alla ricerca del genoma virale su un campione biologico.

Epatite C (HCV)

Questa forma di epatite non prevede un vaccino e causa lesioni epatiche per via dell’azione citocida del virus. Si trasmette per via parentale tramite contatto sangue - sangue o per contagio sessuale anche se molto raro. Ha un perido d’incubazione di 5-10 settimane dopo le quali si attiva l’infezione acuta che non sempre prevede il manifestarsi della sintomatologia; è un’infezione che cronicizza nella metà degli infetti e nel 20% di loro evolve in cirrosi e in seguito in epatocarcinoma (morte), viene quinidi considerato un virus di tipo oncogeno. Per diagnosticare la presenza di questa patologia si esegue una ricerca anticorpale e la determinazione della viremia.

Questa malattia è causata da un virus denominato flavivirusa RNA con polarità positiva, l’infezione, dopo una manifestazione acuta spesso asintomatica, epatite acuta, cronicizza fino ad un 80% dei casi. Altro virus che può causare l’epatite C è il epadnavirus di tipo anchesso epatico con genoma a DNA circolare in grado di causare forme gravi di tumori epatici ed epatiti.

Epatite B (HBV)

La trasmissione di questo virus avviene per via parenterale tramite i liquidi corporei (latte materno, secrezioni vaginali, sangue, liquido seminale, saliva) o per contagio sessuale. Da origine ad un’infezione grave (epatite fulminante) e può andare in contro a cronicizzazioni. Il virus tramite il sangue raggiunge il fegato in cui si riproduce in modo massivo. Ha un periodo d’incubazione di 1-6 mesi. Vi è la possibilità di distruggere il virus tramite l’uso di un vacino costituito dall’antigene HBsAg ricombinato.

Sviluppo dell’epatite B

Periodo d’incubazione 45-120 giorni
Fase prodromica (febbre leggera, affaticamento, malessere)
Fase itterica, rilascio della bilirubina
Convalescenza che può terminare con

Guarigione

Epatite Cronica che segue in un progressivo danna epatocellulare con necrosi epatica, fibrosi e conecutiva cirrosi ed in fine epatocarcinoma.

Antigeni dell’HBV

HBsAg: Antigene di superficie, determina la sintesi di anticorpi ad azione protettiva, scompare con la formazione degli anticorpi di tipo anti-HBs, ovvero gli indicatori dell’avvenuta immunizzazione e consecutiva guarigione.

HBcAg: Antigene del core che determina la sintesi di anticorpi per l’infezione in atto o recente

HBeAg: Antigene del core che nel caso sia presente nel siero e contemporaneamente siano assenti gli anticorpi anti-Hbe sta ad indicare una possibile cronicizzazione della malattia, cirrosi o epatopatia cronica.

Virus delta (HDV)

E’ un virus difettivo che richiede la presenza di HBV per iniziare l’infezione e per replicarsi. E’ formato da una molecola di RNA e codifica una proteina con particolari caratteri antigenici. Il contagio avviene per via parenterale e la coesistenza delle due patologie porta ad un netto aggravamento della malattia. Per diagnosticare la sua presenza si ricerca anticorpi anti-Ag d e il relativo genoma batterico.

Fine articolo microbiologia

Microbiologia

Origine ed evoluzione dei microrganismi: procarioti e protisti

La vita ebbe inizio su una terra primitiva

Tre miliardi di anni fa sulla terra c‘erano vulcani che eruttavano polvere e gas e rocce fuse sul suolo, sulle coste vi erano delle rocce verdi ossia contenenti batteri fotosintetici ch e modificarono l‘atmosfera.

La terra è uno dei dieci pianeti che girano attorno al sole, il sole è una dei miliardi di stelle della Via Lattea ed essa è una dei miliardi di galassie dell‘universo. Il sole dista dalla terra 4 anni luce (40 mila km) e noi vediamo la luce di 4 anni fa, ciò vale per il sole ma anche per le stelle perché alcune di esse sono già spente mentre ne esistono altre che non possiamo ancora vedere.

L‘universo era concentarto in una massa che è esplosa tra 10 e 20 miliardi di anni fa (big bang) ed si è espansa, il nostro sistema solare era una nube di gas e polveri che ruotavano e al centro si condensò della materia diede origine al sole ma intorno ad esso rimase del materiale che girava su cerche concentrici. In ogni orbita si formò un nucleo di materia in grado di attirare la polvere e solidificare e così si formarono i pianeti.

La terra 4.5 miliardi di anni fa era un pianeta freddo ma grazie agli urti con dei meteoriti, al decadimento radioattivo e alla pressione provocata dalla gravità si trasformò in una massa fusa il cui centro era/è più denso (ferro e nickel) poi vi era/è il mantello e al di sopra la crosta terrestre.

L‘atmosfera primitiva doveva essere di H2 caldo che si disperse nell‘atmosfera perché la gravità non era in grado di trattenerlo; i vulcani e le fenditure eruttarono gas che crearono una nuova atmosfera. La seconda atmosfera era, probabilmente, formata da H2O, CO2, N2, CH4 e NH3.

I mari si formarono grazie alle piogge torrenziali che caddero quando il pianeta si raffreddò. L‘atmosfera primitiva era molto diversa da quella di oggi perché i fulmini, l‘eruzione vulcanica e gli UV erano più intensi ed è in questo ambiente che la vita cominciò.

Quando la crosta terrestre divenne solida la materia non vivente diede origine a quella vivente e si può supporre che fossero organismi procarioti primitivi grazie ai reperti trovati (in Sudafrica si sono scoperti fossili di 3.4 miliardi di anni che assomigliano a procarioti a sono grandi quanto certi batterie prove di vita più antica sono state trovate negli stromatoliti).

I procarioti fotosintetici sono gli organismi più semplici eterotrofi che conosciamo ma non sono stati la prima forma di vita perché la fotosintesi è un processo complesso e il fatto che 3.4 miliardi di anni fa ci fossero già conferma che la vita ebbe inizio prima.

Coma si è originata la vita?

Dagli antichi Greci fino alla metà del 1800 si è creduto che la vita si sia originata da materiale non vivente poi, però, alcuni esperimenti dimostrarono che non esiste la generazione spontanea; nel 1862 Louis Pasteur confermò che le forme di vita si originano tramite la riproduzione di forme di vita preesistenti.

Si ritiene che i primi organismi siano comparsi tra 4.1e 3.4 miliardi di anni fa.

La maggior parte dei biologi pensa che le prime forme di vita fossero semplici e che abbiano avuto origine da materiale non vivente. Le prime entità potrebbero essere stati degli insiemi di molecole con una combinazione da rendere possibile il metabolismo e la duplicazione, visto che gli organismi sono formati da monomeri le prime fasi devono essere state la formazione e l‘accumulo di questi.

Altri scienziati pensano che la vita sia stata portata sulla terra da una meteora o da una cometa che introdusse sulla terra i monomeri, anche se l‘opinione che prevale è la prima. La seconda tappa deve essere stata quella che i polimeri e i monomeri si combinarono formando aggregati con caratteristiche chimiche diverse dall‘ambiente ed è qui che, forse, ha avuto origine il patrimonio ereditario.

Stanley Miller spiega come potrebbero essersi formate le prime molecole organiche

Nel 1953 Miller effettuando degli eperimenti fu il primo a dimostrare che amminoacidi e altre molecole organiche avrebbero potuto formarsi su una terra senza vita, egli voleva verificare l‘ipotesi di Oparin e Haldane secondo la quale le condizioni ambientali potevano aver generato molecole organiche che a loro volta potevano aver generato organismi viventi ritenendo, inoltre, che le attuali condizioni ambientali non possono permettere la sintesi spontanea perché l‘atmosfera è piena di ossigeno che è corrosivo (tende a spezzare i legami chimici togliendo elettroni). Invece prima la terra aveva un‘atmosfera riducente (tendente ad aggiungere elettroni) che deve aver favorito la formazione di molecole complesse a partire da quelle semplici. La formazione richiede energia ma Miller pensò che le fonti erano molte: scariche elettriche e radiazioni UV molte intense visto che lo strato di ozono che attualmente le scherma non si era ancora formato. Miller ipotizzò che in queste condizioni partendo da molecole inorganiche si potessero formare molecole organiche, costruì un‘apparecchiatura che simulava le condizioni sulla terra e fece durare l‘esperimento una settimana. Al termine egli trovò nella soluzione dei composti organici compresi degli amminoacidi che sono alla base delle molecole biologiche. Miller e altri ricercatori ottennero, grazie a strumenti più sofisticati, la maggior parte dei 20 amminoacidi di base egiunsero alla conclusione che molte molecole organiche potrebbero essersi formate prima della vita sulla terra.

Alcuni scienziati hanno messo in dubbio che l‘atmosfera primitiva fosse ricca di ammoniaca e metano ma Miller condusse altri esperimenti senza le due componenti e ottenne comunque del materiale organico. Miller, inoltre, conferma l‘ipotesi che alcune molecole siano arrivate grazie ad una meteora e, secondo lui, il tipo di ambiente dove è cominciata la vita sono, principalmente, gli oceani.

I primi polimeri si sono formati su rocce o argille calde

La seconda fase è il passaggio da monomeri a polimeri. I polimeri organici vengono sintetizzati tramite condensazione, nelle nostre cellule vi sono degli enzimi che catalizzano queste reazioni ma Sidney Fox è riuscito a produrre polimeri senza enzime sulla sabbia e sull‘argilla calda con i monomeri in soluzione. Il calore fa evaporare l‘acqua e concentra i monomeri tra i quali alcuni si legano spontaneamente formando polimeri. Sulla terra potrebbe essere successo questo grazie alle gocce di pioggia e alle onde che avrebbero portato la soluzione su rocce calde. Le superfici d‘argilla potrebbero essere stati i primi posti di polimerizzazzione perché i monomeri si legano ai siti carichi elettricamente dell‘argilla e così potrebbero essersi avvicinati, inoltre, l‘argilla contiene metalli che potrebbero aver fatto da catalizzatori delle reazioni e aver portato alla formazione di polimeri essenziali per la comparsa della vita.

Il primo materiale genetico e i primi enzimi potrebbero essere stati costituiti da RNA

La formazione di polimeri è alla base della vita. Secondo Miller i polimeri fondamentali sono gli acidi nucleici che possono duplicarsi e immagazzinare l‘informazione genetica; infatti le cellule tengono il patrimonio genetico nel DNA lo trascrivono in RNA e poi lo traducono in proteine e in enzimi specifici, questo processo è molto complesso e probabilmente è comparso grazie ad una serie di arrangiamenti di processi più semplici.

L‘ipotesi più comune è che all‘inizio vie erano brevi filamenti di RNA che si autoduplicavano e vi sono prove sperimentali che confermano questa ipotesi, inoltre, se si aggiunge RNA a una soluzione che contiene altri acidi nucleici a volte si assemblano per completare i segmenti dell‘RNA di partenza e vi sono certe molecole si RNA chiamate ribozimi che funzionano da enzimi essi catalizzano l‘assemblaggio e, a volte, anche la polimerizzazzione dell‘RNA. I primi geni erano formati da monomeri di RNA uniti e i ribozimi catalizzavano la loro duplicazione. Questo periodo ipotetico dell‘evoluzione è detto mondo a RNA.

Le prime vere cellule furono probabilmente precedute da aggregati molecolari avvolti da membrane

Tra le molecole di RNA e una cellula vivente c‘è molta differenza perché la vita necessita di tante molecole organiche complesse che interagiscono poiché la vita dipende da un dispositivo metabolico che deriva dalla cooperazione quindi la vita, molto probabilmente, è stata preceduta da aggregati in grado di interagire fra loro.

La forma più vecchia di cooperazione può avere coinvolto l‘RNA che veniva tradotto in polipeptide senza il tRNA ed i ribosomi. Se un filamento fungeva da stampo ed era in grado di legarsi debolmente a degli amminoacidi e di tenerli vicini, atomi di zinco o di metalli potrebbero avere agito da catalizzatori ed il polipeptide che ne risulta sarebbe una traduzione del gene a RNA e se questo funzionasse da enzima sarebbe iniziata una collaborazione fra acidi nucleici e polipeptidi.

Se le interazioni sono state fenomeni comuni, negli ambienti acquatici si sono formazi aggregati molecolari (soprattutto in pozze o sull‘acqua che sovrastava dell‘argilla) e quindi ci sono state grandi quantità di molecole organiche.

Negli ambienti acquatici certi polipeptidi riescono ad assemblarsi formando sfere piene di liquido che non sono vive ma hanno alcune caratteristiche delle cellule viventi: sono dotate di una membrana selettiva permeabile, possono crescere assimilando altre molecole polipeptidiche dell‘ambiente circostante, possono dividersi e per osmosi gonfiarsi o raggrinzirsi a dipendenza della concentrazione del sale; anche certe molecole lipidiche hanno caratteristiche simili.

Sulla terra possono essersi formate entrambe i tipi di sfere con membrane oppure una membrana con i due tipi di molecole. Forse alcune di queste entità conteneva aggregati molecolari già esistenti formati da RNA e polipeptidi e il fatto che uno di questi si sia potuto inserire in una membrana fu una cosa importante per la comparsa della vita. Infatti un aggregato dentro una membrana è isolato e beneficiava dei suoi prodotti in più riusciva a crescere e a duplicarsi meglio ed era favorito dalla selezione naturale (gli aggregati si sono evoluti secondo la teoria darwiniana).

Ci sono voluti milioni di anni prima che comparissero le prime cellule che erano procariote.

I procarioti sono presenti sulla terra da miliardi di anni

3.5 miliardi di anni fa i procarioti erano molto numerosi e sono stati gli unici organismi che si sono evoluti per 2 miliardi di anni; oggi i procarioti si trovano dove è possibile la vita e possono vivere in qualsiasi ambiente, anche in quelli in cui gli eucarioti non possono vivere.

Üna cellula procariote ha un diametro che varia da 1 a 10 mm mentre quello delle eucariote varia tra i 10 e i 100mm.

I procarioti sono molto importanti; ci sono batteri che causano malattie ed altri innocui come quelli dell‘intestino che ci fornsicono vitamine, quelli della bocca che non lasciano crescere i funghi, i decompositori che restituiscono all‘ambiente gli elementi chimici inorganici senza i quali gli eucarioti scomparirebbero mentre la vita dei procarioti continuerebbe come è avvenuto per miliardi di anni.

Archebatteri ed eubatteri rappresentano le due principali ramificazioni nell‘evoluzione dei procarioti

Le cellule procariote non hanno un nucleo e il loro DNA non è contenuto in un organello. Gli archebatteri e gli eubatteri fanno parte del regno monera anche se hanno devirse differenze e quella principale è negli acidi nucleici; ci sono 12 marcatori (sequenze di rRNA) che distinguono i due batteri.

principali caratteristiche	eubatteri	archebatteri

sequenze di rRNA	molte sono	molte sono
	sue specifiche	uguali a quelle degli eucarioti

RNA polimerasi	enzimi piccoli	complessi simili
	e semplici	a quelli degli eucarioti

introni (segmenti	assenti	presenti in certi geni
genici non codificabili)

sensibilità agli antibiotici	inibita la sintesi	non viene inibita la
	proteica	sintesi proteica

peptidoglicano (polimero	presente	assente
glucidico con brevi polipeptidi)

lipidi che formano membrana	catene carboniose	catene carboniose
	non ramificate	ramificate

Gli archebatteri sono molto più simili agli eucarioti che agli eubatteri comunque esistono due tipi di organismi procarioti.

I procarioti presentano una grande varietà di forme

Le cellule procariote sferiche sono dette cocchi, se sono in grappoli stafilococchi e se, invece, sono in catene streptococchi.

I procarioti a forma di bastoncini si chiamano bacilli e hanno una vita solitaria ma se si presentano in coppie sono diplobacilli e se sono in catene streptobacilli.

Le cellule procariote curve o a spirale sono chiamate vibroni, se invece sono a simili a un cavatappi sono detti spirilli se corti e rigidi o spirochete se sono formati da cellule lunghe e flessibili.

I procarioti possono procurarsi il nutrimento in vari modi

La modalità di nutrizione è come un organismo di procura energia e carbonio.

Gli autotrofi riescono a procurarsi il carbonio dall‘anidride carbonica e l‘energia dalla luce solare o da alcune sostanze chimiche: i fotoautrotofi riescono a utilizzare la luce del sole facendo la fotosintesi mentre i chemioautotrofi ricavano l‘energia dai prodotti inorganici.

Gli eterotrofi ricavano il carbonio dai composto organici di cui si cibano: i fotoeterotrofi ricavano l‘energia dalla luce del sole mentre i chemioeterotrofi ricavano sia l‘energia che il carbonio dalle sostanze organiche e sono simili agli animali.

Quando le sostanze nutritive sono disponibili i batteri possono moltiplicarsi in maniera esponenziale ed hanno, quindi, un potenziale riproduttivo enorme anche se la loro crescita è limitata da fattori ambientali e dall‘accumulo do rifiuti metabolici da loro prodotti.

Probabilmente le prime cellule utilizzavano sostanze chimiche per ottenere carbonio ed energia

Le prime forme di vita procarioti dovevano avere un metabolismo semplice e anaerobico e ricavavano il carbonio e l‘energia dalle molecole e dagli ioni di cui era ricco l‘ambiente.

Le attuali forme di vita utilizzano ATP (adenasinatrifosfato) come energia, se questa molecola era presente nel brodo primordiale la prima forma di vita fu un chemioautotrofo che soddisfaceva il suo fabbisogno assorbendo molecole organiche. La prima crisi d‘energia si manifestò quando l‘ATP inominciò a scarseggiare nell‘ambiente ed alcune cellule devono aver sviluppato degli enzimi che rigeneravano ATP partendo dall‘ADP (adenasinadifosfato).

La prima forma di vita era un chemioautotrofo in grado di sintetizzare l‘ATP, aveva come fonte di carbonio l‘anidride carbonica e ricavava l‘energia di trasformazione da zolfo e ferro (l‘ATP potrebbe essersi generata grazie a una forma di chemiosmosi).

Gli archebatteri proliferano in condizioni estreme

La linea evolutiva degli archebatteri si è taccata da quella degli eubatteri molto tempo fa; ora gli archebatteri riescono a vivere in condizioni estreme.

alofili estremi	proliferano in ambienti salati e riescono a fare la fotosintesi senza avere la clorofilla ma avendo la batteriorodopsina che cattura l‘energia solare e da un colore viola
Termoacidofili	vivono nelle sorgenti calde fino a 80 gradi e a 2 di pH e danno un colore verde vivo (uno di essi si chiama Sulfolubus e sintetizza lo zolfo)
Metanogeni	proliferano in ambienti in cui c‘è carenza d‘ossigeno o non ce n‘è e sprigionano metano come prodotto di scarto sono presenti sul fondo dei laghi o delle paludi e nel tubo digerente degli animali che si nutrono soprattutto di cellulosa

Caratteristiche strutturali spcifiche permettono agli eubatteri di vivere quasi ovunque

Gli eubatteri sono un gruppo molto vasto dal quale tutte le forme di vita dipendono.

Essi sono dotati di flagelli che consentono il movimento e che possono essere distribuiti su tutta la parete o solo a una delle due estremità; questi flagelli sono diversi dai flagelli delle cellule eucariote perché il flagello batterico è una struttura proteica attaccata alla superficie tramite degli anelli rotanti a ha un movimento rotatorio propulsivo.

Gli eubatteri hanno i pili che sono appendici più corte e sottili dei flagelli ed aiutano i batteri ad attaccarsi tra loro o a superfici.

Pochi eubatteri sono formati da due cellule quella esterna e quella interna detta endospora, essa è prodotta dalla cellula esterna e ha un rivestimento spesso, un citoplasma disidratato e non ha funzioni metaboliche, è in grado di sopravvivere in condizioni estreme dove la cellula esterna scomparisce.

Gli attinomiceti sono batteri molto comuni presenti nel suolo e demoliscono le sostanze organiche.

Gli streptomiceti, invece, secernono l‘antibiotico che inibisce la crescita del battere con cui competono.

Le colonie ramificate sono poco comuni e la maggior parte di questi batteri vive in colonie non ramificate.

A volte, negli ambienti acquatici si verificano fioriture di cianobatteri

La fioritura di cianobatteri nell‘acqua si nota dal colore verde-blu; gli eubatteri fotosintetici sono presenti nei laghi, negli stagni e negli oceani ma una grande fioritura di cianobatteri indica che l‘acqua è inquinata. I cianobatteri dominavano la terra da 3 a 1.5 miliardi di anni fa e diedero alla terra un colore verdastro e diedero origine agli atromatoliti. Alcuni dispositivi molecolari della loro fotosintesi potrebbero essere simili a quelli che hanno emesso ossigeno nell‘atmosfera per primi.

Alcuni batteri provocano malattie

Tutti gli organismi viventi entrano in contatto quasi costantemente con gli eubatteri alcuni dei quali sono nocivi anche se, grazie alla difesa immunitaria, noi ci sentiamo bene perché teniamo sotto controllo la crescita degli agenti patogeni.

Certi batteri che vivono sul nostro corpo possono farci ammalare e gli eubatteri patogeni sono i responsabili di circa la metà delle malattie umane.

Le esotossine sono proteine tossiche secrete da cellule eubatteriche includono alcuni dei veleni più conosciuti come, per esempio, quello che provoca il butulinismo. Un alto produttore di tossine è lo stafilococco aureus che vive innocuo sulla nostra pelle ma se entra nel corpo provoca gravi malattie.; una varietà d‘esso provoca la desquamazione, un altro vomito e diarrea, un altro ancora uno schock potenzialmente mortale.

Le endotossine sono componenti della parete cellulare di alcuni batteri e sono glicolipidi che provocano febbre, dolori e cali di pressione.

Nell‘ultimo secolo l‘incidenza di queste malattie è diminuita grazie all‘igiene, alla costruzione di depuratori per l‘acqua e agli impianti di fognature in più si sono scoperti dei medicinali in grado di combattere questi agenti patogeni anche se alcuni di essi sono già divenuti immuni ai farmaci. Oltre a tutto ciò vi è un‘altra cosa da non trascurare la prevenzione.

Ad esempio indossare abiti chiari e usare repellenti chimici può evitare contatti con le zecche e la malattia di Lyme che è da esse causata.

I batteri patogeni vengono identificati in base a postulati di Koch

La diagnosi delle malattie batteriche ha come punto di riferimento i postulati di Koch che servono a dimostrare che i batteri sono la causa della malattia e sono i seguenti:

in qualsiasi animale se c‘è una certa malattia ci deve essere lo stesso agente patogeno
l‘agente patogeno va isolato e fatto crescere in un terreno di coltura in cui non vi siano altri tipi di cellule
la malattia deve manifestarsi anche negli animali da laboratorio dove viene iniettato l‘agente patogeno cresciuto nei terreni di coltura
l‘agente patogeno deve essere isolato da questi animali dapo che si è manifestata la malattia.

Questo lavoro si basa sulla ripetibilità dei risultati; la determinazione di un agente patogeno avviene se è possibile che: un determinato battterio provoca solo una malattia e si coltivino gli agenti patogeni degli animali da laboratorio.

I microbiologi hanno usato questo metodo anche per malattie che non sono batteriche anche se i virus si riproducono in una cellula ospite e se i protisti possono richiedere altre cellule per nutrirsi.

I criteri di base utilizzati per determinare la maggior parte delle malattie infettive sono quelli di Koch.

I cicli chimici che avvengono sulla terra dipendono dai procarioti

I procarioti che ceusano malattie sono pochi rispetto a quelli che sono utili per la nostra salute, essi hanno un ruolo preponderante nei cicli chimici che avvengono tra organismi e componenti abiotiche. Un‘altra funzione che hanno è quella di decompositori ossia decompongono la materia organica in inorganica che può essere utilizzata da altri organismi; questo procarioti sono utilizzati negli impianti di trattamento delle acque di scolo.

I batteri possono aiutarci a risolvere alcuni problemi ambientali

Certi batteri possono decomporre il petrolio e spesso si gettano prodotti chimici sulle spiagge inquinate stimolando la loro riproduzione; questi batteri ricavano energia e carbonio dagli idrocarburi e li decompongono in composti più piccoli e meno tossici.

I batteri possono essere usati per pulire vecchi siti minerali perché questo tipo di batteri ricava energia ossidando lo zolfo o dei composti contenenti lo zolfo e trattiene i metalli, l‘unico problema è che il suo metabolismo fa aumentare la concentrazione di acido solforico.

Riassumendo: i procarioti sono alla base della vita sulla terra

Tutta la vita dipende dai procarioti; l‘evoluzione della vita e la variazione dell‘ambiente sono legate fra loro e sono state di carattere episodico ed hanno portato a rivoluzioni e a nuovi modelli di vita. I procarioti sono stati colpiti da queste rivoluzioni e hanno avuto un impatto ambientale maggiore di qualsiasi altra specie, ad esempio la comparsa di ossigeno nell‘atmosfera è dovuta a loro ed oltre a ciò sono stati i primi organismi ad adattarsi alle nuove condizioni.

Il ruolo dei cianobetteri e di altri nel ciclo dell‘azoto è essenziale per tutte le forme di vita, quindi i procarioti sono essenziali sia dal punto di vista ambientale che evolutivo.

Comunità e escosistemi

Nella biosfera l‘acqua compie un ciclo che coinvolge tutto il pianeta

Il ciclo dell‘acqua è azionato dal calore del sole che innesca i tre processi principali: precipitazioni, evaporazione e traspirazione delle piante, questi processi consentono scambi fra terraferma, oceani e atmosfera. Sopra gli oceani l‘evaporazione è superiore alle precipitazioni di conseguenza vi è un movimento verso la terraferma del vapore acqueo in eccesso. Sulla terraferma le precipitazioni sono maggiori dell‘evaporazione e della traspirazione; l‘eccesso si raccoglie nei laghi, nei fiumi e nelle acque del sottosuolo che poi rifluisce al mare.

L‘uomo può influenzare il ciclo dell‘acqua ad esempio disboscando le foreste pluviali che sono una delle maggiori fonti d‘acqua atmosferica perché le piante traspirano molto grazie alla vegetazione fitta oppure prelevando troppa acqua dal sottosuoloper irrigare provocando l‘impoverimento dei depositi sotterranei.

Il ciclo del carbonio dipende dalla fotosintesi e dalla respirazione cellulare

Il carbonio ha un serbatoio atmosferico e una circolazione mondiale.

L‘anidride carbonica viene trasformata in composti arganici dalle piante, dalle alghe e dai cianobatteri, alcune di queste sostanze vengono mangiate dai consumatori primari mentre gli altri consumatori ricavano da essi il carbonio mentre i composti presenti nei detriti vengono utilizzati dei decompositori e dai detrivori. La respirazione fa ritornare l‘anidride carbonica nell‘atmosfera e questa quantità è pari a quella rimossa dalla fotosintesi anche se adesso a causa del non bilanciamento delle cose il pianeta si sta riscaldando.

Il ciclo dell‘azoto dipende soprattutto dall‘attività dei batteri

Le piante possono utilizzare l‘azoto sotto forma di ioni nitrato o ioni ammonio che si formano grazie a dei batteri del suolo.

Gli azotofissatori vivono in simbiosi con le radici delle piante di legumi e trasformano l‘azoto atmosferico in ammoniaca che poi diventa ione ammonio.

I batteri nitrificanti trasformano lo ione ammonio in ione nitrato che è la principale fonte di azoto per le piante che in questo modo diventa disponibile per i consumatori.

Coloro che completano il ciclo sono i batteri denitrificanti che trasformano i nitrati presenti nel suolo in azoto atmosferico, ci sono anche alcuni nitrati che si formano tramite reazioni chimiche nell‘atmosfera e poi giungono al suolo con precipitazioni e polveri.

L‘uomo ha modificato il ciclo dell‘azoto ad esempio utilizzando fertilizzanti che contengono composti azotati che si infiltrano nel ciclo dell‘acqua e provocano uno sviluppo di alghe o l‘inquinamento delle acque sotterranee.

Microbiologia

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