PRIMA PARTE LA FLORA BATTERICA INTESTINALE LA FLORA BATTERICA INTESTINALE E IL SUO RUOLO NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE

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1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE E IL SUO RUOLO NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE PRIMA PARTE LA FLORA BATTERICA INTESTINALE 1

2 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE 2

3 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE La microflora intestinale raggiunge una quota di microrganismi per grammo di feci e, in condizioni normali, è rappresentata principalmente da Batterioidi e Bifidobatteri tra i batteri anaerobi e da Clostridi, Enterobatteri, Enterococchi, Lattobacilli e Stafilococchi tra quelli aerobi. Nell intestino troviamo però anche virus, miceti (lieviti e funghi). Questi microbi per quantità e distribuzione variano da individuo a individuo. La colonizzazione dell intestino da parte di questi bacilli ha inizio fin dalla nascita e si completa nel giro di pochi giorni. Ad alterare la composizione e l entità della flora batterica del neonato è il tipo di parto (naturale o cesareo), l alimentazione ricevuta (al seno o artificiale) e l ambiente circostante. La flora batterica intestinale è in continua evoluzione alla ricerca di un equilibrio che concorre alla salute della persona. Già dalla nascita inizia una costante evoluzione legata PRINCIPALMENTE a fattori ambientali e alimentari 3

4 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Figura 1: distribuzione dei microbioti nell apparato digerente 5

5 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Figura 2: l importanza della flora batterica intestinale 6

6 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Figura 3: funzioni della flora batterica intestinale 7

7 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Figura 4: fattori che influenzano la flora batterica intestinale 8

8 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Figura 5: Cambiamento della Flora Batterica Intestinale nel corso della vita. 9

9 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Questo spiega perché, con l avanzare degli anni, la flora intestinale può cambiare, anche considerevolmente. Tramite l esame batteriologico delle feci e la coltura dei batteri è stata evidenziata una netta prevalenza di batteri anaerobi, rispetto a quelli aerobi. La varietà di generi ha portato a definire la microflora intestinale come un organo nell organo La flora batterica intestinale rappresenta un organo nell organo : questa definizione è alla base delle strategie di intervento in prevenzione o cura sulla stessa 10

10 1 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE Conoscere i batteri, comprendere qual è il loro ruolo è importante per aumentare la consapevolezza dell importanza della Flora Batterica Intestinale e quali strategie di prevenzione e di cura possono giovarsi di una preziosa alleanza. Occorre capire le principali dinamiche che sono all origine dello sviluppo dei batteri che, fisiologicamente o patologicamente, incidono nelle condizioni di salute dell individuo Come sono e come vivono i batteri? COSA E UN BATTERIO 11

11 LA FLORA BATTERICA INTESTINALE E IL SUO RUOLO NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE PRIMA PARTE COSA E UN BATTERIO 12

12 I batteri posseggono una struttura cellulare caratteristica (cellula Procariota) 2 COSA E UN BATTERIO Il nome di batterio (o battere ) viene dato a organismi unicellulari di dimensioni minuscole (in media qualche millesimo di millimetro) di struttura molto semplice. Per molto tempo si tèso a classificare i batteri al limite del regno vegetale, per la presenza della parete cellulare; oggi più modernamente vengono classificati in un regno sé (PROTISTI O MICROBIOTI). La caratteristica fondamentale del batteri è costituita dalla loro struttura cellulare (cellula PROCARIOTA) diversa dalla cellula animale (cellula EUCARIOTA). Testimonianze fossili datano la presenza dei batteri sulla terra da 3,5 a 3,8 milioni di anni fa, quindi sono ritenuti tra le forme di vita più antiche del nostro pianeta. PROCARIOTA EUCARIOTA PRIVA DEL NUCLEO NUCLEO BEN FORMATO 13

13 I batteri posseggono una struttura cellulare caratteristica (cellula Procariota) 2 COSA E UN BATTERIO 14

14 2 COSA E UN BATTERIO La caratteristica fondamentale dei procarioti è quella di non avere un nucleo ben distinto ed organizzato, tipico della cellula eucariota. Nello schema successivo sono messe a confronto le cellule procariote ed eucariote: manifestazione di forme di vita semplici e primigenie le prime, frutto di una evoluzione complessa le seconde, condividono l habitat naturale adattandosi di volta in volta alle mutevoli situazioni esterne. I batteri possiedono un codice genetico costituito da DNA circolare immerso nel citosol, una soluzione di sali minerali, molecole organiche e macromolecole, che costituisce la frazione solubile del citoplasma ossia quella porzione della cellula racchiusa dalla membrana cellulare. Le cellule batteriche sono in genere prive di strutture compartimentali, dette organuli, ad eccezione dei ribosomi, preposti alla sintesi delle proteine. Le funzioni cellulari sono espletate da complessi enzimatici simili a quelli delle cellule eucariote. L adattabilità alle situazioni esterne è alla base della biologia batterica 15

15 DIFFERENZE TRA PROCARIOTI E EUCARIOTI 2 COSA E UN BATTERIO PROCARIOTI EUCARIOTI ORGANISMI Batteri e Cianobatteri Protisti, Funghi, Piante e Animali DIMENSIONI CELLULARI Generalmente da 1 a 10 mm di dimensioni lineari Generalmente da 5 a 100 mm di dimensioni lineari METABOLISMO Anaerobico o aerobico Aerobico ORGANELLI DNA RNA E PROTEINE Pochi o nessuno DNA circolare nel Citosol RNA e proteine sintetizzate nello stesso compartimento Nucleo, Mitocondri, Cloroplasti, Reticolo Endoplasmatico, ecc. Molecole molto lunghe di DNA lineare contenenti molte regioni non codificanti; circondato da un involucro nucleare. RNA sintetizzato ed elaborato nel nucleo; proteine sintetizzate nel citoplasma. 16

16 DIFFERENZE TRA PROCARIOTI E EUCARIOTI 2 COSA E UN BATTERIO CITOPLASMA DIVISIONE CELLULARE ORGANIZZAZIONE CELLULARE PROCARIOTI Assenza di Citoscheletro; Niente flussi citoplasmatici; Endocitosi ed Esocitosi Cromosomi separati mediante attacco alla membrana plasmatica In genere unicellulare EUCARIOTI Citoscheletro composto da filamenti proteici; flussi citoplasmatici; Endocitosi ed Esocitosi Cromosomi separati da un fuso di citoscheletro; In genere multicellulare, con differenziamento di molti tipi cellulari 17

17 2 COSA E UN BATTERIO Figura 2: Cellula procariota 18

18 2 COSA E UN BATTERIO La riproduzione batterica avviene principalmente per divisione cellulare. La velocità di moltiplicazione varia a seconda delle condizioni in cui si trova la cellula batterica ed in base a sue caratteristiche intrinseche che la rendono capace di sopravvivere e di riprodursi i ambienti caldi, freddi, etc (termofili, criofili, estremofili..). Durante la divisione cellulare viene replicato anche il DNA che consentirà il passaggio di informazioni genetiche dalla cellula madre alle cellule figlie. Figura 3: RIPRODUZIONE BATTERICA (Pseudomonas sp) 1-5 ORE 19

19 2 COSA E UN BATTERIO La riproduzione batterica avviene per alcune specie anche con la formazione di spore. La spora persiste a lungo sotto questa forma ma quando trova condizioni favorevoli riproduce rapidamente un nuovo batterio che a sua volta può moltiplicarsi per divisione e dar luogo alla nascita di altre spore. Generalmente la formazione di spore avviene in condizioni sfavorevoli e i batteri che hanno questa capacità vengono definiti sporigeni. 20

20 2 COSA E UN BATTERIO Nel citoplasma di numerosi batteri è presente una particella che contiene materiale ereditario sotto forma di piccolo anello di DNA separato dal cromosoma batterico: il plasmide. I plasmidi possono essere modificati con tecniche di ingegneria genetica, inserendovi pezzi di DNA estraneo (come geni per la disattivazione di antibiotici o per la produzione di tossine) per poi essere introdotti in altre cellule batteriche o di altri animali o piante. Questa tecnica prende il nome di clonazione di DNA o clonazione genica. I plasmidi possono essere modificati con tecniche di ingegneria genetica, inserendovi pezzi di DNA estraneo (come geni per la disattivazione di antibiotici o per la produzione di tossine) per poi essere introdotti in altre cellule batteriche o di altri animali o piante. Questa tecnica prende il nome di clonazione di DNA o clonazione genica. 21

21 2 COSA E UN BATTERIO Conoscere i batteri, comprendere qual è il loro ruolo è importante per aumentare la consapevolezza dell importanza della Flora Batterica Intestinale e quali strategie di prevenzione e di cura possono giovarsi di una preziosa alleanza. Occorre capire le principali dinamiche che sono all origine dello sviluppo dei batteri che, fisiologicamente o patologicamente, incidono nelle condizioni di salute dell individuo Come sono e come vivono i batteri? COME VIVONO I BATTERI 22

22 3. COME VIVONO I BATTERI CALORE Azione favorevole in media tra + 20 e +40 ; a 80, con eccezione delle specie termofile, mantenuti per 40 minuti si ha generalmente la distruzione (ma possono permanere le spore) FREDDO Riduce rapidamente la vita dei batteri che al di sotto dei + 10 è sostanzialmente nulla; tuttavia non esercita un potere di distruzione; il freddo estremo può modificare la forma dei batteri e ridurne la virulenza LUCE Ha principalmente un effetto ostacolante ESSICAZIONE Uccide in poche ore le specie sprovviste di spore 23

23 3. COME VIVONO I BATTERI PRINCIPALE CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI SU BASE MORFOLOGICA SU BASE METABOLICA SU BASE COLORIMETRICA Su base biomolecolare Presenza di sequenze del DNA batterico ricche in C-G (citosina-guanina, basi del DNA) 24

24 3. COME VIVONO I BATTERI CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI SU BASE MORFOLOGICA Cocco: a forma di sfera Fuso: bastoncino spesso e corto Bacillo: bastoncino sottile con estremità nette Filamento: bastoncino allungato con estremità sottili Vibrione: bastoncino incurvato Spirillo: ondulato, a forma di spirale 25

25 3. COME VIVONO I BATTERI CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI SU BASE METABOLICA Aerobi: utilizzano ossigeno libero come accettore di elettroni nella respirazione. Secondo l ipotesi endosimbiotica, i mitocondri della cellula eucariotica aerobica avrebbero avuto origine da batteri aerobi fagocitati da un organismo ancestrale e incorporati all interno delle cellule come simbionti (che cioè vivono in simbiosi). Anaerobi: non necessitano della presenza di ossigeno. A differenza degli organismi aerobi che effettuano la respirazione, gli anaerobi svolgono la fermentazione: la maggior parte dell energia viene ricavata dall ossidazione parziale dei carboidrati tramite la glicolisi, quindi le tappe metaboliche terminali danno prodotti finali diversi, ulteriormente ossidabili (alcol etilico, metilico, acetone, acido lattico, butirrico, acetico, propionico). Possono essere anaerobi obbligati (che vengono uccisi dall'ossigeno) o facoltativi. 26

26 3. COME VIVONO I BATTERI CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI In base alla colorazione assunta con mezzi di contrasto: GRAM - GRAM + SU BASE COLORIMETRICA 27

27 Il tema della batteriologia è vasto e affascinante. Ma le basi generali e superficiali di conoscenza del modo dei batteri ci aiuta ad entrare con maggiore attenzione nel tema del corso, circoscritto alla flora batterica intestinale Occorre adesso entrare più da vicino nel tema sanitario Come incide la flora microbica intestinale nelle diverse condizioni di salute? I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE 28

28 4. I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE 29

29 4. I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE Il Bilancio ideale per un intestino sano è costituito dal 90% di batteri buoni e dal 10% di batteri cattivi Una buona flora intestinale rivitalizza la digestione ed il sistema immunitario Il 50% delle cellule del sistema immunitario risiede nell intestino! 30

30 4. I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE Puntando l attenzione sulla parte batterica del microbiota intestinale, nell intestino di individui sani i batteri anaerobi sono predominanti anche se la loro distribuzione è in relazione all età, alle abitudini alimentari e igienico sanitarie. L assetto dei microbioti ha caratteristiche differenti nei vari tratti dell intestino ed è condizionato dalla quantità di ossigeno, che diminuisce progredendo dallo stomaco all intestino, e dal ph che diventa sempre più alcalino. In termini quantitativi, la carica microbica totale aumenta progressivamente dallo stomaco, dove è in pratica a 0, all intestino crasso dove arriva a ; mentre, in termini qualitativi, i germi aerobi diminuiscono passando dall ambiente gastrico a quello intestinale. Nella popolazione microbica del tratto più distale del canale digerente, l anaerobio è, in pratica, costante. Nello stomaco c è un ph acido e considerevoli quantità di ossigeno, entrambi caratteristiche che fanno sì che la crescita e la sopravvivenza dei microrganismi sia difficile. Qui (stomaco) i batteri sono di solito aerobi e in numero molto basso. La presenza di batteri anaerobi è spesso indice di uno stato patologico. 31

31 4. I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE Nell intestino i microbioti sono soggetti a diversi meccanismi di regolazione che li mantengono in equilibrio. Tali meccanismi intervengono tra microrganismo e microrganismo, e tra microrganismo e ospite. Le funzioni dei microbioti intestinali FUNZIONE Metabolica Trofica Protettiva DESCRIZIONE Fermentazione del residuo dietetico non digeribile e del muco endogeno intestinale; recupero dell energia sotto forma di acidi grassi a catena corta; produzione di vitamina K e assorbimento di ioni Ammonio. Controllo della proliferazione e della differenziazione delle cellule epiteliali; sviluppo ed omeostasi del sistema immunitario Effetto barriera contro gli agenti patogeni Le diverse funzioni dei microbioti intestinali sono preziose e devono essere difese con opportune strategie alimentari e terapeutiche 32

32 4. I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE I batteri saprofiti (organismi che vivono in un ambiente ricco di sostanze organiche in putrefazione) esercitano una specie di autoregolazione sia verso microrganismi della stessa specie che di altre; sono in grado di produrre batteriocine, sostanze antibatteriche che, solitamente, agiscono nei confronti della stessa specie di batteri che le produce. Altre sostanze di produzione batterica sono gli antibiotici naturali, che agiscono nei confronti di specie diverse da quella che li produce. I batteri intestinali sono inoltre aggrediti quotidianamente da microrganismi patogeni giunti dall esterno: questi ultimi non riescono normalmente ad esplicare un azione patogena, in quanto non trovano uno spazio vitale per la loro crescita a causa della produzione di sostanze ad attività antibatterica da parte dei microbioti residenti. Altra importante funzione esercitata dai microrganismi intestinali è quella trofica: essi sono dotati di una propria attività enzimatica che agisce su varie sostanze di origine animale e non. 33

33 4. I BATTERI INTESTINALI NELLE DIVERSE CONDIZIONI CLINICHE L ecosistema intestinale permette al tubo digerente di mantenere una morfologia e una motilità fisiologici, influenzando difatti la composizione ed il volume dei gas intestinali nonché la composizione e le caratteristiche del materiale fecale. Il ruolo dei microorganismi intestinali sulla funzionalità del tratto digerente e sulla produzione di vitamine è insostituibile Infine non si può tralasciare che alcuni microrganismi intestinali sintetizzano certi tipi di vitamine, quali la K e la B12, e intervengono nell assorbimento di acidi biliari e di ormoni steroidei. 34

34 5. MICROBIOTA INTESTINALE E SISTEMA IMMUNITARIO L intestino è il più importante organo immunitario, contiene infatti circa il 40% di tutte le cellule immunitarie del corpo umano ed è il luogo di azione delle difese immunitarie sia in forma organizzata, nelle placche di Peyer, sia diffusa tra le cellule epiteliali e nella lamina propria. Tali attività sono modulate dal tipo di microbioti presenti. Sperimentazioni su animali germ free (cioè privati dei batteri intestinali) hanno dimostrato che i microbioti intestinali sono in grado di alterare sia la morfologia della parete intestinale (alterazioni strutturali dei villi e delle mucose) sia, riducendolo, lo spessore della parete muscolare e quindi dell attività motoria. E stato inoltre descritto che la somministrazione di lattobacilli è in grado di far aumentare la produzione di anticorpi, inclusa la produzione di IgA e il rilascio di interleuchine e citochine (sostanze prodotte in risposta all infiammazione da parte dell intestino). Figura 4: PLACCHE DEL PEYER AL MICROSCOPIO 35

35 5. MICROBIOTA INTESTINALE E SISTEMA IMMUNITARIO CONDIZIONI FISIOLOGICHE DOVUTE A SQUILIBRIO MICROBIOTA: DISBIOSI INTESTINALE MALATTIE AUTOIMMUNITARIE 36

36 5. MICROBIOTA INTESTINALE E SISTEMA IMMUNITARIO 37

37 5. MICROBIOTA INTESTINALE E SISTEMA IMMUNITARIO IMPATTO SUL MICROBIOTA INTESTINALE CONDIZIONE FISIOLOGICA ALTERAZIONI CONDIZIONI CLINICHE INTERVENTO DI MANTENIMENTO IMPATTO SUL MICROBIOTA INTESTINALE INTERVENTO DI CORREZIONE O RIPRISTINO 38

38 5. MICROBIOTA INTESTINALE E SISTEMA IMMUNITARIO Dalle condizioni fisiologiche alle condizioni patologiche si arriva attraverso diverse situazioni, conseguenti a fenomeni fisiologici (invecchiamento), ambientali (clima), comportamentali (alimentazione), di cura ecc. Come e quando possiamo considerare una vera patologia l alterata funzionalità del microbiota intestinale? ACCEDI ALLA SECONDA PARTE 39

39 Bibliografia Le informazioni di questa sezione rappresentano una sintesi che trova nella bibliografia riportata gli specifici contenuti: Patrick R. Murray et al, Manual of Clinical Microbiology, ASM PRESS, Washington DC Shreiner AB, Kao JY, Young VB. The gut microbiome in health and in disease. Curr Opin Gastroenterol Jan;31(1): Frick JS, Autenrieth IB. The gut microflora and its variety of roles in health and disease. Curr Top Microbiol Immunol. 2013;358:

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