Enterobacteriacae: patogenesi, epidemiologia e manifestazioni cliniche

Enterobacteriaceae

La famiglia dell'Enterobacteriaceae comprende generi diversi, è molto ampia ed include batteri Gram -. Sono presenti sia dei generi che comprendono specie patogene per l'uomo, come per esempio generi di Salmonella o Shigella, sia generi che sono componenti del nostro microbiota intestinale, come l'Escherichia o il genere Klebsiella o l'Enterobacter.

I diversi generi, più di 50, sono stati distinti e caratterizzati sulla base di proprietà specifiche: le proprietà metaboliche, quindi la capacità di produrre determinati enzimi; gli antigeni presenti; il genoma, quindi l'analisi molecolare; le proteine prodotte, cioè l'analisi del proteoma.

Questi microrganismi non sono solo dei componenti del microbiota umano ma anche di molti animali. Sono ubiquitari, cioè si possono trovare nell'ambiente, quindi nel terreno, nell'acqua o nella vegetazione.

Questi microrganismi possono provocare diverse tipologie di infezioni: nella maggior parte generano infezioni intestinali, sono degli enterobatteri, ma possono anche diffondere generando batteriemie che poi possono evolversi in vere e proprie setticemie.

Alcuni di questi microrganismi sono dei patogeni veri e propri, si pensi, ad esempio, alla Salmonella typhi; altri sono dei patogeni opportunisti, come quelli appartenenti al genere Escherichia.

Altri patogeni opportunisti sono Stafilococchi, Pseudomonas, Enterococcus, Streptococcus, tra i miceti si trova Candida.

Le infezioni da Enterobacteriacae possono avere origine a partire da un serbatoio animale, da un portatore umano o da una diffusione endogena del microrganismo.

Struttura delle Enterobacteriaceae

Per quanto riguarda la struttura, sono dei bacilli Gram -, alcuni dei quali mobili, poiché dotati di strutture atte alla locomozione: molti presentano i flagelli peritrichi, che circondano l'intera superficie dei microrganismi; altri generi, invece, non presentano tali strutture, sono immobili.

L'Escherichia, ad esempio, può presentare fimbrie, che possono rappresentare veri e propri fattori di virulenza, poiché importanti per l'adesione dei microrganismi alle mucose da colonizzare.

Sono anaerobi facoltativi, quindi possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno; normalmente presentano un antigene comune, l'antigene enterobatterico.

Normalmente sono fermentanti il glucosio, relativamente alle proprietà biochimiche; non sono particolarmente esigenti dal punto di vista nutrizionale, infatti crescono bene sui comuni terreni non selettivi, come l'agar sangue, mentre presentano come terreno selettivo differenziale il McConkey agar, che presenta una colorazione sul fucsia e che contiene il lattosio, i sali biliari, che lo rendono selettivo.

Inoltre, sono capaci di produrre enzimi come l'ossidasi e la catalasi.

Alcuni di questi microrganismi sono anche provvisti di capsule polisaccaridiche, in particolar modo le Klebsielle, che in virtù di tale capsula generano delle particolari colonie piuttosto viscose, delle colonie mucoidi.

Antigeni delle Enterobacteriaceae

Tra gli antigeni presenti, si ricordano:

• L'antigene somatico O, l'antigene comune enterobatterico ed il Lipide A poiché essendo Gram - presentano il lipopolisaccaride
• L'antigene flagellare H
• L'antigene capsulare KCi sono alcune specie particolarmente patogene, in particolar modo l'E. Coli 0157:H7, associato alla colite emorragica.

Patogenesi

La virulenza di questi microrganismi è dovuta non solo alle tossine, ma ci sono anche altri fattori.

Innanzitutto l'endotossina batterica, il lipide A del lipopolisaccaride; anche la capsula batterica è un fattore di virulenza ad attività anti-fagocitaria che consente di aderire bene alle mucose.

Un altro componente importante, che aiuta nella virulenza tutti i batteri che lo possiedono, è il sistema di secrezione di tipo III, ossia canali che si trovano a livello della superficie del microrganismo che consentono la secrezione dei fattori di virulenza all'esterno: i batteri che non lo possiedono sono meno virulenti, poiché non hanno la capacità di rilasciare nella cellula ospite le tossine.

Altra proprietà è quella di rilasciare enzimi che aiutano il microrganismo nella crescita ma anche a generare problemi nell'ospite: molti, infatti, producono siderofori, che entrano in competizione con determinate proteine, come la lattoferrina, in modo da sottrarre ferro all'ospite.

Un'ulteriore caratteristica importante per la virulenza è la resistenza ai farmaci antimicrobici: i batteri appartenenti a questa famiglia sono molto attivi nel trasferimento genico orizzontale, quindi, è molto frequente che possano acquisire dei geni di resistenza da altri microrganismi attraverso diversi processi, in particolare mediante coniugazione.

Meccanismo della variazione di fase

Un'altra caratteristica che conferisce patogenicità a tali organismi è la variazione di fase antigenica: essa è legata a delle particolari strutture che prendono il nome di elementi invertibili, piccole sequenze che codificano l'enzima invertasi, il quale fa ruotare di 180° la sequenza dell'elemento invertibile. Tali elementi furono studiati per la prima volta nei batteri appartenenti al genere Salmonella, in particolar modo per quanto riguarda gli operoni correlati alla produzione di flagellina. Quest'ultima è una proteina costituente il flagello e se ne distinguono due tipi:

• La flagellina di tipo I è codificata da geni inclusi in uno specifico operone I;
• La flagellina di tipo II è codificata da geni inclusi in un secondo operone.

Quando il batterio produce flagellina di tipo I, si dice che il batterio è in fase I; quando produce flagellina di tipo II si dice che il batterio è in fase II.

Il batterio alternativamente può produrre un tipo di flagellina piuttosto che un altro poiché viene messa in atto una strategia che consente al microrganismo di Attivo eludere le difese immunitarie dell'ospite. Tale Inattivo capacità è proprio legata agli elementi invertibili. Fase 1 PH2 PHI hin H2 rh1 HI Sintesi di flagelli H1 Fase 2 Attivo Inattivo PH2 PHI hin H2 rh1 HI Sintesi del repressore per HI Sintesi di flagelli H2

• La flagellina di tipo I è prodotta quando l'RNA-polimerasi si lega al promotore PH1 e produce flagellina H1, poiché è inattivo l'altro promotore, quello PH2, che è invece correlato all'espressione di flagellina di tipo II.

Quando il batterio è in fase II succede che I'RNA-polimerasi si legherà al promotore PH2, andando a trascrivere il gene H2 che codifica per la flagellina di tipo II, ma, contemporaneamente, anche il gene RH1, che codifica per un repressore. Tale repressore, una volta prodotto, si legherà al promotore PH1 inibendo la sintesi di flagellina di tipo I.

Dunque, il batterio decide di produrre flagellina di tipo II e reprimere quella di tipo I, tuttavia, se il promotore si trova all'interno di un elemento invertibile, questo elemento invertibile può produrre l'invertasi, l'enzima che fa ruotare l'elemento di 180°, cambiando la direzione del promotore stesso. In questo caso, se cambia l'orientamento del promotore PH2, anche se l'RNA-polimerasi si aggancia, comunque non trascrive flagellina di tipo II, ed allo stesso tempo non può reprimere il promotore PH1. In questo caso, non potendolo reprimere, verrà prodotta flagellina di tipo I.

Ciò viene considerato un evento mutazionale che si verifica, circa, 1: 1000 eventi.

Escherichia Coli

L'E. Coli è un batterio molto conosciuto e comune. Può dare diverse patologie, a cominciare dalle gastroenteriti ma può generare anche delle infezioni extra-intestinali. In realtà, E. Coli può abbandonare il distretto corporeo prediletto, ossia l'intestino, e generare infezioni, per esempio a livello urinario; può anche diffondere nell'ospite, generando una batteriemia e poi una sepsi; può essere anche causa di meningite, soprattutto nei neonati.

L' E. Coli possiede molti fattori di virulenza, sicuramente molte adesine che favoriscono la colonizzazione ma anche molte enterotossine, che hanno un meccanismo d'azione molto simile alla tossina colerica, pur non generando gli stessi effetti devastanti. Alcuni ceppi sono particolarmente patogeni e virulenti.

L' E. Coli può generare due diverse tipologie di infezioni:

• endogene, quando il microrganismo si virulenta, aumenta numericamente ed è in grado di cambiare distretto corporeo e diffondere nell'ospite. E. Coli è un microrganismo che rappresenta un componente del nostro microbiota intestinale, infatti è un patogeno opportunista commensale, cioè non apporta né beneficio né danno all'ospite. Però alcuni ceppi, essendo comunque un batterio opportunista, nel momento in cui c'è un dismicrobismo, possono moltiplicarsi e diffondere nell'ospite raggiungendo le vie urinarie, dove provocano infezioni, che per l'appunto sono definite endogene (partono dall'interno dell'ospite stesso perché è E. Coli componente del microbiota, che si virulenta divenendo un patogeno opportunista).
• esogene, si acquisiscono dall'ambiente esterno, dovute all'ingestione di cibi o acqua contaminati con le feci di individui che sono infetti. Esistono particolari ceppi che causano queste infezioni, generando gastroenterite più o meno gravi.

Tipologie di E. Coli che causano gastroenteriti

Si distinguono 5 tipologie di E. Coli che causano gastroenteriti:

1. Enterotossigeni
2. Enteropatogeni
3. Enteroaggreganti
4. Produttori della tossina Shiga
5. Enteroinvasivi

E. Coli Enterotossigeni (ETEC)

I ceppi enterotossigeni sono associati a gastroenteriti, in particolar modo a diarrea; ciò avviene soprattutto nei Paesi in via di sviluppo, infatti sono la causa della cosiddetta "diarrea del viaggiatore".

Questi batteri sono acquisiti solo in seguito all'ingestione di acqua o cibo contaminati con le feci di individui infetti e non si ha la trasmissione da persona a persona. In seguito al contatto, il microrganismo impiega, per generare una prima sintomatologia, 1-2 giorni.

La sintomatologia si manifesta con diarrea e crampi addominali, talvolta, si può avere nausea e vomito. Essa dura per un periodo piuttosto limitato, che non supera i 5 giorni, e, a meno che non ci siano implicazioni particolari, non è necessaria una terapia antibiotica ma è sufficiente reintegrare i liquidi e prestare attenzione alla dieta.

Questi microrganismi nel momento in cui penetrano nell'organismo raggiungono l'intestino: per poter indurre una gastroenterite la dose infettante dev'essere molto alta.