Batteriologia e Immunologia: struttura, riproduzione e meccanismi immunitari

BATTERIOLOGIA e IMMUNOLOGIA

BATTERIOLOGIA

CAPITOLI

1. batteriologia generale=organizzazione strutturale e funzionale della cellula batterica e riproduzione batterica
2. genetica batterica=mutazioni e ricombinazioni
3. metodi di controllo dei microrganismi=agenti fisici, antibiotici e proprietà patogene dei batteri
4. batteri come agenti patogeni=interazione microrganismo e ospite e proprietà patogene dei batteri
5. batteriologia speciale=eubatteri Gram positivi, Gram negativi e privi di parete
6. esame batteriologico (parte pratica)

IMMUNOLOGIA

CAPITOLI

1. generalità e fasi della risposta immunitaria
2. immunità cellulo-mediata
3. immunità umorale
4. immunità mucosale e immunità passiva naturale
5. test immunologici (parte pratica)

BATTERIOLOGIA

Lo studio di batteri e microrganismi è iniziato dopo lo sviluppo del microscopio ad opera di Van Leeuwenhoek (1632-1723); Pasteur viene poi considerato il fondatore della Microbiologia (1822-1895), poi Henle e Koch dopo diversi esperimenti hanno determinato che i batteri fossero agenti patogeni di uomo e animali.

POSTULATI di KOCH

1. il microrganismo deve essere evidenziabile in ogni caso di malattia
2. il microrganismo può essere separato dall'ospite e deve poter crescere in coltura pura
3. la specifica malattia si deve riprodurre quando la coltura pura viene iniettata in un ospite sano
4. il microrganismo deve poter essere re-isolato ancora dall'ospite infettato sperimentalmente

Dal modello unico di malattia si è passati poi al modello multifattoriale, la presenza di un microrganismo in un determinato ospite non determina inequivocabilmente la malattia, perché questa è data da un insieme di fattori.

La malattia si verifica quando ci sono sintomi ascrivibili a questa intenzione e dipende da fattori esterni: alimentari, ambientali ...

• infezione=presenza del microrganismo dell'ospite
• malattia=ricadute cliniche a seguito della presenza del microrganismo e di fattori scatenanti

LA CELLULA BATTERICA

I microrganismi sono esseri viventi invisibili, unicellulari o formati da piccoli aggregati cellulari; sono ben definiti dall'ambiente circostante, con i quale hanno scambi continui.

Flagello Ribosomi Inclusione granulare Citoplasma Membrana citoplasmatica Nucleo Parete cellulare Capsula Mesosoma

Si dividono in vari gruppi a seconda della classificazione.

I microrganismi possono essere

• eucarioti
• procarioti=monere secondo la classificazione di Whitaker e Archei e batteri nella classificazione di Cavalier-Smith

Le differenze tra i due tipi di cellule sono fondamentali per la decisione degli antibiotici per trattare le patologie.

I batteri sono tutti procarioti, la cellula procariote ha caratteristiche peculiari:

• è senza nucleo, quindi non è presente nemmeno la membrana nucleare
• è presente un unico cromosoma aploide che racchiude tutte le informazioni necessarie alla vita della cellula; è super-avvolto e spiralizzato e si trova nel nucleoide
• ci possono essere informazioni genetiche aggiuntive a livello di plasmidi
• le uniche strutture citoplasmatiche presenti nella cellula procariote sono ribosomi (diversi da quelli della cellula eucariote) e mesosomi (hanno diverse funzioni: esistono mesosomi respiratori, mesosomi sporali)
• è presente la membrana citoplasmatica con caratteristiche un po' diverse ed è presente il peptidoglicano, che va a formare la parete batterica (struttura a livello di superficie di membrana)
• possono essere presenti i flagelli, non composti da microtubuli, ma da flagellina

Le dimensioni dei batteri spaziano nell'ordine dei micron, si usano dunque ingrandimenti di 1000, viene usato dunque il microscopio ottico (oppure elettronico); il diametro trasverso non supera mai i 2-2,5 micron, ed è un forte discrimine per identificare i batteri da funghi, lieviti o altro, che non possono essere trattati con antibiotici.

La morfologia batterica assume solitamente 3 forme (circa il 95% sono cocchi o bacilli):

1. cocchi=rotondeggianti; si possono vedere raggruppati in diversi modi:

• a-streptococchi=a catena
• b-stafilococchi=agglomerati, a grappolo

1. bacilli=con forma allungata

• a-strepto-bacilli= a catena
• b-stafilo-bacilli=agglomerati, a grappolo

1. spirilli=con forma spirale

La morfologia e la disposizione cambiano l'approccio antibiotico da attuare ed è fondamentale conoscerlo per poter avere una risposta antibiotica efficace ed efficiente.

Cocchi Bacilli Altri streptococchi vibrione diplococchi catena di bacilli spirillo sarcina stafilococchi bacillo flagellato spirochete

STRUTTURA FUNZIONALE della CELLULA BATTERICA

Tutti i batteri presentano: nucleoide, ribosomi, membrana citoplasmatica.

La maggior parte presenta anche la parete cellulare.

Ci possono essere strutture accessorie come: capsula, appendici di superficie (flagelli, fimbrie o pili) e inclusioni citoplasmatiche (sono materiale di riserva).

A-STRUTTURE di SUPERFICIE

1-capsula=strato adeso in modo compatto alla cellula e differenziabile dall'ambiente, è presente solo in alcuni batteri ed è data dallo strato mucoso (strato lasso rivolto verso l'ambiente della membrana); l'unione di varie capsule dà origine al glico-calice, che è uno strato lasso di fibrille polisaccaridiche (biofilm, che può impedire agli antibiotici di penetrare); la capsula protegge la parete, permette adesione e colonizzazione delle mucose e ha attività anti-fagocitaria, è un fattore di virulenza (i batteri con capsula sono maggiormente patogeni). Nell'ambito anche di una stessa specie ci possono essere dei ceppi con capsula e ceppi senza capsula (ceppi capsulati e ceppi a-capsulati). I batteri con capsula hanno aspetto mucoso.

2-parete cellulare=è una struttura estremamente importante per i batteri e circa il 95% di essi la possiede; contiene il peptidoglicano, presente solo nel mondo batterico. La parete è responsabile della morfologia batterica; i batteri che non la possiedono sono detti pleomorfi. Ha funzione di protezione fisica del batterio.

Quella di determinati batteri po' determinare la patogenicità: nella parete ci sono delle sostanze che possono produrre malattia e possono anche scatenare la risposta immunitaria. Può essere bersaglio di alcuni antimicrobici. È l'elemento che va a condizionare la colorazione di Gram.

Parete cellulare dei batteri Gram-negativi Parete cellulare dei batteri Gram-positivi lipopolisaccaridi porina peptidoglicano Membrana esterna Parete Perete lipoproteine- peptidoglicano Spazio periplasmico Membrana plasmatica Nembrans plasmatica

PEPTIDOGLICANO=è una macromolecola polisaccaridica-amminoacidica, data dalla ripetizione di muramilpeptide (glucosamina+acido muramico+catena peptidica). I Gram positivi e negativi si distinguono in base alla struttura del peptidoglicano:

A-nei Gram+ la catena polipeptidica è composta da 5 amminoacidi, si legano tra loro grazie ad una molecola di pentaglicina e questi legami laterali permettono di avere una parete formata da 20 strati di peptidoglicano; la formazione di più strati è detta transpeptidazione. Presentano nella parete cellulare degli elementi antigenici detti acidi teicoici, sono fondamentali dal punto di vista classificativo.

B-nei Gram- la catena polipeptidica è composta da 4 amminoacidi, non si formano legami laterali e lo strato di peptidoglicano è unico; la parete è più sottile e sopra di questa è presente un'ulteriore struttura detta pseudo-capsula composta da un doppio strato di fosfolipidi, con diverse proteine come le porine (per scambi tra interno ed esterno); sono presenti poi dei lipo-polisaccaridi che sono la componente antigenica.

Si possono distinguere 3 zone dei lipo-polisaccaridi

• catene laterali=componente antigenica
• core polisaccaridico=costante nei batteri
• lipide A=rappresenta la componente tossica (le tossine si dividono in esotossine ed endotossine, che non sono altro che il lipide A e quindi le endotossine vengono prodotte solo dai Gram-); si libera solo quando il batterio muore.

COLORAZIONE di GRAM=è una colorazione differenziale

1. si fissa una parte del campione
2. si colora prima con il cristal-violetto, che colora tutti i batteri di viola
3. aggiungo un secondo reagente detto Lugol, che è una sostanza mordenzante con azione coercitiva che fa racchiudere le fibrille in uno strato compatto
4. si va poi a decolorare con alcol acetone, che nei Gram- riesce a penetrare poiché meno compatto e si possono così riconoscere come i Gram+ restino viola, mentre i Gram- siano incolori
5. si aggiunge la fuxina ai Gram+ e ai Gram-, e questa si vedrà solo nei Gram- che risulteranno fuxia, mentre i Gram+ risulteranno viola

Esistono alcuni batteri che non presentano parete come:

• protoplasti=gram +, trattati con lisozima
• sferoplasti=gram -, trattati con lisozima
• alofili=vivono in ambiente salino e non necessitano di parete
• micoplasmi=privi di parete, sono pleomorfi e non sono visibili tramite colorazione di Gram; non si usanio antibiotici con target da parete per trattarli
• forma L=possono in maniera reversibile o irreversibile perdere la parete

BATTERI ALCOL-ACIDO RESISTENTI=possiedono la parete con una costituzione peculiare: è molto ricca di lipidi e tra i principali si identifica il genere micobatteri (ex. agenti della tubercolosi). Non vengono colorati dalla colorazione di Gram (che utilizza coloranti idrofili), ma si usa la colorazione di Ziehl-Neelsen.

COLORAZIONE di ZIEHL-NEELSEN=colorazione lipofila

1. si aggiunge subito la fuxina
2. si riscalda la parete lipidica con una fiamma, si attendono poi 5-10 minuti per permettere ai lipidi di ricostituire la parete
3. si fa poi una decolorazione data da alcol etilico ed acido solforico, se il batterio è alcol acido- resistente rimane incolore, se il batterio non è resistente viene poi decolorato
4. si aggiunge poi il blu di metilene che va a colorare i batteri non resistenti, quelli resistenti restano colorati di rosa

3-membrana citoplasmatica La membrana citoplasmatica della cellula procariote è molto simile a quella eucariote: è una struttura bi-laminare formata da un doppio strato fosfolipidi e proteine di membrana; non presenta steroli, ma opanoidi.

FUNZIONI

• responsabile del trasporto delle molecole dall'esterno verso l'interno
• produce enzimi extracellulari che vadano a scindere le grosse molecole che devono permeare la membrana
• respirazione cellulare e fotosintesi=tanto più è espansa la membrana tanto più la respirazione è efficiente e per aumentarne la superficie a volte sono presenti degli organuli detti mesozomi, che sono estroflessioni della membrana
• riproduzione=i batteri si riproducono per scissione binaria e la membrana della cellula madre va a formare con estroflessioni quelle delle cellule figlie; interviene anche nella divisione del cromosoma in 2 copie uguali a quella della cellula madre
• sintesi della parete cellulare=esternamente alla membrana nel 95% dei batteri è presente la parete batterica e la membrana si occupa della produzione e riparazione di questa