Microbiologia clinica: microrganismi patogeni, batteriologia e crescita

MICROBIOLOGIA CLINICA

Per microbiologia si intende lo studio dei microbi (virus, batteri e funghi) potenzialmente patogeni per l'uomo. Hanno la caratteristica di avere dimensioni ridotte perché devono entrare all'interno delle nostre cellule e infettarle (replicazione). Per studiarli è necessario vederli e siccome sono molto piccoli esistono 2 strumenti fondamentali:

• Microscopio ottico > da un micron a 1 millimetro (batteri e cellule)
• Microscopio elettronico-> da 0,1 nanometro a 1 millimetro (virus,atomi, ribosomi ecc)

I microrganismi possono essere utili come la flora batterica intestinale oppure essere dannosi e dare infezioni > AGENTI INFETTIVI Gli agenti infettivi si suddividono in 3 categorie:

1. EUCARIOTI : presenza di un vero nucleo con all'interno il genoma, come ad es. parassiti, protozoi e funghi
2. PROCARIOTI : hanno il genoma libero nel citoplasma e non hanno organelli (batteri)
3. VIRUS : sono acellulari parassiti endocellulari, cioè che se non entrano all'interno di un organismo non riescono a riprodursi. Sono composti solamente da acidi nucleici e proteine.

Poi ci sono agenti infettanti ancora più semplice: VIROIDI e PRIONI. Spesso si pensa che malattia e infezione siano sinonimi, invece non è così. INFEZIONE-> il microrganismo entra nell'ospite e inizia a moltiplicarsi senza necessariamente causare malattia all'ospite. MALATTIA->è l'alterazione delle condizioni dell'ospite (sintomi e segni) NON CI PUO' ESSERE MALATTIA INFETTIVA SENZA INFEZIONE, MA NON TUTTE LE INFEZIONI EVOLVONO IN MALATTIA.BATTERIOLOGIA

BATTERIOLOGIA

La batteriologia può essere generale cioè descrive le caratteristiche dei batteri, oppure speciale cioè studia i batteri di interesse medico. Importante è descrivere la differenza tra cellula eucariote e quella procariote. La differenza sono: la cellula procariote è una cellula semplice cioè non ha un nucleo e la membrana nucleare, infatti il genoma è libero nel citoplasma. Non sono presenti gli organuli ad eccezione dei RIBOSOMI. I ribosomi procariotici sono 70s , mentre quelli eucaristici sono 80s.

STRUTTURA DELLA CELLULA BATTERICA

Esistono diverse forme di batteri e diverse dimensioni. Generalmente la larghezza è compresa tra 0,2 - 2 um e la lunghezza tra 2 - 8um. Quindi sono molto più piccole che le cellule eucariotiche. I batteri possono avere le seguenti forme: COCCO : forma sferica BACILLO: forma di bastoncino allungato SPIRILLO: forma di spirale allungata VIBRIONE Inoltre in base a come sono raggruppati prendono il nome di:

• Diplo- > insieme di 2 cocchi
• Strepto- > insieme di cocchi che vanno a formare un segmento lineare
• Stafilo- > insieme di cocchi agglomerati

La seguente struttura dei batteri:

• Sistema di locomozione (facoltativo)
• Capsula (facoltativa)
• Membrana esterna (gram -)
• Parete cellulare
• Membrana citoplasmatica
• Citoplasma
• Genoma

GENOMA BATTERICO

La cellula batterica non ha compartimenti separati da membrana. Quindi il genoma è libero nel citoplasma in una zona detta NUCLEOIDE. Il genoma è una singola molecola di DNA circolare batterico. Oltre al DNA batterico possono essere presenti dei PLASMIDI, frammenti di genoma circolare sparso nel citoplasma. Non è essenziale per la vita del batterio però per lui è più utile a resistereall'antibiotico. I plasmidi hanno replicazione autonoma rispetto al dna batterico. I plasmidi possono essere trasferiti da un batterio all'altro anche se sono molto differenti diventando anche più virulenti, grazie ad un meccanismo > SCAMBIO GENETICO

CITOPLASMA DELLA CELLULA BATTERICA

Hanno una composizione chimica simile a quella eucariote quindi proteine, acidi nucleici, lipidi ecc. ma non hanno organuli. L'unico organulo presente è il RIBOSOMA. La differenza è che nel batterio il ribosoma è 70s mentre nell'eucariote è 80s. Anche la sintesi proteica avviene in maniera diversa: mRNA batterici hanno zone ricche di purine dette SHINE-DALGARNO. Inoltre è policistronico cioè è unico e codifica tutte le proteine. Infatti la trascrizione e la traduzione sono accoppiate. La membrana plasmatica della cellula batterica è formata da un doppio strato fosfolipidico ma non ha colesterolo quindi è più flessibile. Vi sono inserite diverse proteine per il trasporto di nutrienti ed enzimi necessari per la respirazione. Infatti nella cellula eucariotica la respirazione avviene nei mitocondri, qui non essendoci, la esegue la membrana plasmatica. La membrana plasmatica svolge 4 funzioni:

• V BARIERA SELETTIVA : lascia passare per diffusione passiva.
• V SISTEMI DI TRASPORTO ATTIVO: genera ATP
• PRODUZONE DI ATP
• V PROCESSI BIOSINTETICI : peptoglicani

PARETE BATTERICA

È esterna alla membrana citoplasmatica, è rigida e determina la forma del batterio. Le sue funzioni sono:

• v Proteggete il batterio dalla lisi osmotica
• Protegge dalle sostanze dannose
• V Permette l'ingresso dei nutrienti

La componente fondamentale sono i PEPTOGLICANI. Sono composti da 2 carboidrati azotati -> NAGA + NAMA Essendo l'unita fondamentale in base alle catene che formano si possono distinguere 2 categorie : GRAM + > legame pentaglicano ed èpiù fitto > GRAM - >legame tetrapeptide ed è meno fittoLa parete batterica può essere distrutta da enzimi eucaristici > LISOZIMA E' molto diffuso nei liquidi biologici (saliva, lacrime, muco ecc). Il lisozima distrugge la membrana rendendo il batterio un PROTOPLASTO cioè priva di membrana. La costituzione della parete tra gram+ e gram- è diversa

• Gram+ è uniforme e più spessa
• Gram- è sottile con una membrana esterna

Gram-positive Gram-negative Peptidoglycan Membrane 1 La parete dei GRAM+ consente il passaggio di molecole idrofile è gestita dalle porine ed è formata da molti strati di peptoglicani. Questi sono altamente antigenici cioè facilmente riconoscibile dal sistmea immunitario. Sono ricche di Fibrille una sorta di ventosa che facilitano l'attacco alla cellula. La parete dei GRAM- è più sottile perché hanno un solo strato di peptoglicano, ma hanno un rivestimento esterno più complesso. Questa è diversa dalla membrana plasmatica > STRUTTURA BILAMINARE ASIMMETRICA

• Parte interna è formata da fosfolipidi
• Parte esterna è formata da LPS

LPS = è un lipide formato da una parte variabile detta antigene O + una porzione stabile detta CORE e un LIPIDE A che produce tossine. Questi batteri gram- sono insensibili ad alcuni antibiotici (es. penicillina) perché il farmaco non riesce ad attraversare la membrana esterna.

COLORAZIONE DI GRAM

I batteri gram+ si colorano di viola, mentre i batteri gram- non trattengono il colore quindi sono rosa. la colorazione si suddivide in 5 step:

1. FISSATURA CON CALORE: essendo vivi non è possibile studiarli quindi con il calore muoiono e avviene il fissaggio
2. COLORANTE: avviene una prima colorazione con il cristalvioletto (basico) ed entrambi le tipologie si colorano di viola/blu
3. MORDENZATURA: viene utilizzato un iodio-potassico che ha il compito di precipitare il colorante
4. DECOLORAZIONE CON ALCOL: vengono colorati con alcol o acetone. I gram+ rimangono viola, mentre i gram- ritornano al colore di partenza.
5. COLORAZIONE D CONTRASTO: i gram+ rimangono viola, mentre i gram- hanno una colorazione rosa/fucsia

La diversa colorazione è dovuta alla diversa composizione della parete batterica.

CAPSULA BATTERICA

La capsula è esterna alla parete. È un involucro mucoso amorfo e riveste sia i gram+ che i gram- ma non tutti i batteri c'è l'hanno, infatti non è una struttura essenziale, ma è un importante fattore di virulenza. Di solito i batteri patogeni sono capsulati in vivo, ma non in vitro. La capsula ha funzione di:

• Fare aderire il batterio al substrato
• Attività antifagocitaria
• Protegge dall'essicamento
• Impedisce l'azione antibiotica
• Mimetismo antigenico > cioè si camuffa e si nasconde dal sistema immunitario

STRUTTURE MOTRICI

Sono i FLAGELLI e FIMBRIE o PILI. Permettono al batterio di muoversi o scappare.

FLAGELLI

Servono per la motilità e la chemiotassi cioè il movimento stimolato dalla presenza di sostanze. La chemiotassi è positiva quando devono nutrirsi di sostanze oppure negativa quando devono fuggire. I Flagelli possono essere diversi oppure solo uno. Sono formati da FLAGELLINA. In base a dove si trovano si dividono in:

• MONOTRICHI: solo un flagello
• LOFOTRICHI: più flagelli ma solo da un polo
• PERITRICHI: disposti un tutto il perimero
• ANFITRICHI: più flagelli suddivisi ai poli

PILI

Sono più corti e sottili dei flagelli e sono presenti soprattutto nei gram -. Possono essere pili comuni o sessuali. PILI COMUNI = sono numerosi e piccoli e hanno il compito di ancoraggio-> definiscono la patogenicità PILI SESSUALI = sono meno numerosi ma più lunghi, sono codificati da plasmidi e hanno il compito dello scambio genetico fra batteri. Il Pilo F+ (fertile) è il batterio che dona il materiale genetico, mentre il pilo F- è il batterio che riceve.

COLORAZIONE DI ZIEHL-NEELSEN

È specifica per evidenziare i micro batteri ad esempio la tubercolosi. La colorazione avviene di rosso perché hanno la parete ricca di cere che li rendono acido-resistenti. Mentre i batteri non acido-resistenti perdono il primo colore ed acquisiscono il secondo cioè blu. Colorazione di Ziehl-Neelsen Organismo acido- resistente Organismo non acido-resistente Batteri sospesi in SF e fissati sul vetrino Carbol-fucsina e fenolo 3 min e sciacquare con H2O Decolorare con HCI 3% in alcool 70% 2min e sciacquare con H2O Blu di metilene 30 sec sciacquare con H2O e asciugare 17

NUTRIZIONE DEI MICRORGANISMI

Tutti gli organismi per vivere e riprodursi hanno bisogno di nutrimenti. Questi possono cambiare a seconda dal tipo di organismo in base al loro metabolismo. In linea generale i nutrimenti sono:

• ENERGIA > luce, sostanze inorganiche e organiche
• AZOTO > allo stato gassoso o in composti organici (proteine e AA)
• CARBONIO
• OSSIGENO > per alcuni organismi è letale
• ACQUA
• ALTRE SOSTANZE > zolfo, fosforo, potassio, sodio ecc

In base alla nutrizione gli organismi si suddividono in 2 tipi AUTOTROFI = sintetizzano da soli i propri nutrienti a partire da materiale inorganico (piante) ETEROTROFI = si nutrono di sostanze prodotte da altri organismi I batteri possono essere autotrofi o eterotrofi. I batteri possono patogeni per l'uomo sono ETEROTROFI. Il metabolismo che sta alla base si suddivide il CATABOLISMO e ANABOLISMO cioè la somma del metabolismo batterico. CATABOLISMO > degradazione dei composti in sostanze semplici. Queste rilasciano ATP per poi essere utilizzata nelle reazione anaboliche per sintetizzare nuove molecole. ANABOLISMO -> sintesi di molecole complesse in molecole semplici In entrambi i casi insieme alla produzione di ATP viene sempre rilasciato calore.

BATTERI CHEMIOSINTETICI

I batteri chemiosintetici producono energia mediante 2 processi: RESPIRAZIONE - utilizza composti organici (zuccheri, proteine e acidi grassi) che poi vengono ossidati. Gli accettori finali (e -) sono composti inorganici. La Respirazione si divide in:

1. AEROBA: questa avviene solo in presenza di ossigeno. L'ossidazione porta la produzione di CO2 e H20 e come accettore finale è l'O2. PERMETTE DI OTTENERE PIU' 02 !! Si formano 38ATP
2. ANAEROBICA: avviene sempre senza ossigeno. Produce Sali, acidi e metano. Gli accettori finali si chiamano OSSIACIDI. Si formano dalle 2 alle 38ATP a seconda.