UNIVERSITA' degli STUDI di PERUGIA Facoltà di MEDICINA e CHIRURGIA Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia AA Genere Staphylococcus

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1 UNIVERSITA' degli STUDI di PERUGIA Facoltà di MEDICINA e CHIRURGIA Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia AA Genere Staphylococcus

2 I cocchi Gram positivi: 21 generi che colonizzano l uomo i generi catalasi + sono: Staphylococcus + Micrococcus Alloiococcus Stomatococcus i generi catalasi sono: Streptococcus Enterococcus n.b.: l enzima catalasi catalizza la reazione: 2 H 2 O 2 O H 2 O _

3 Disposizione spaziale delle Coccaceae Staphylococcus (σταφυλη = grappolo)

4 cocchi Gram+ diametro di micron immobili asporigeni capsulati Aerobi-anaerobi facoltativi catalasi + T di crescita: C alofili (NaCl 10%) Specie patogene per l uomo: S. aureus S. epidermidis S. haemolyticus S. lugdunensis S. saprophyticus Genere Staphylococcus

5 Staphylococcus aureus Negli ultimi anni è stato possibile sequenziare l intero genoma di diversi ceppi di S.aureus, con diverse caratteristiche di patogenicità e di antibiotico resistenza: da queste nuove conoscenze si spera di trarre nuovi e sempre più efficaci strumenti con cui difenderci da questo patogeno

6 Staphylococcus aureus: STRUTTURA DELLA PARETE Capsula e strato gelatinoso Peptidoglicano Acido teicoico (Polisaccaride A) Citoplasma Proteina A Fattore di coagulazione Membrana citoplasmatica

7 Staphylococcus aureus Effetti sull ospite (locali e sistemici) Le IgG si legano alla proteina A Proteina A Capsula (+ stato gelatinoso) Tossine Antigeni e Superantigeni - attività antifagocitaria - danneggiamento della membrana cellulare - induzione del rilascio di citochine ADESIONE Coagulazione, Danneggiamento dei tessuti, etc

8 CAPSULA di natura polisaccaridica identifica 11 sierotipi i sierotipi 1 e 2 hanno capsula molto spessa ma sono poco associati a patologie; i sierotipi 5 e 7 sono i più associati ad infezioni impedisce la fagocitosi e la chemiotassi dei PMN facilita l adesione Staphylococcus aureus STRATO GELATINOSO pellicola idrosolubile lassa (monosaccaridi, peptidi, piccole proteine) Importante per l adesione di stafilococchi coagulasi-negativi a cateteri, protesi valvolari, articolazioni, shunts

9 PEPTIDOGLICANO legame crociato: pentaglicina da L-lys a D-ala Staphylococcus aureus

10 Staphylococcus aureus ACIDI TEICOICI: polimeri specie-specifici legati covalentemente al peptidoglicano ACIDI LIPOTEICOICI: legati con legame lipofilo alla membrana citoplasmatica Mediano l attacco degli stafilococchi alla FIBRONECTINA S. aureus: acido ribitol-teicoico (polisaccaride A) S. epidermidis: acido glicerol-teicoico (polisaccaride B)

11 PROTEINA A: copre tutta la superficie del batterio possiede una spiccata affinità di legame per il recettore Fc di IgG1, IgG2 e IgG4, bloccandone la funzione ha funzione antigenica attiva il Complemento Staphylococcus aureus non è presente sugli stafilococchi coagulasi-negativi

12 L adesione batterica è mediata da una famiglia di ADESINE (tra cui il clumping factor, vedi successiva) indicate con l acronimo MSCRAAM: Microbial Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecule capaci di interagire specificamente con proteine della matrice extracellulare (fibronectina, collagene, laminina e fibrinogeno).

13 Staphylococcus aureus - FATTORI DI VIRULENZA COMPONENTI STRUTTURALI capsula peptidoglicano proteina A acido teicoico ENZIMI coagulasi catalasi ialuronidasi fibrinolisina lipasi nucleasi penicillinasi TOSSINE citotossine (α, β, γ, δ, Leucocidina P-V) tossine esfoliative (ETA, ETB) enterotossine (A-E, G-I) TSST-1

14 Staphylococcus aureus - FATTORI DI VIRULENZA Coagulasi libera ENZIMI reagendo con un fattore presente nel plasma (CRF), trasforma il fibrinogeno in fibrina (in assenza di ioni Ca ++ ). Protegge il batterio dalla fagocitosi Clumping factor o coagulasi legata alla cellula, si lega al fibrinogeno facendolo precipitare intorno alla sua superficie

15 Principali specie responsabili di patologie infettive Coagulasi + Staphylococcus aureus Staphylococcus epidermidis Coagulasi detti anche CoNS Staphylococcus haemolyticus Staphylococcus hominis Staphylococcus lugdunensis Staphylococcus saprophyticus Staphylococcus warneri

16 ENZIMI Catalasi Converte il perossido di idrogeno (tossico per il batterio) in H 2 O ed ossigeno Nucleasi Staphylococcus aureus, DNAsi + Staphylococcus saprophyticus, DNAsi -

17 Altri enzimi: ENZIMI Ialuronidasi: idrolizza l acido ialuronico del tessuto connettivo favorendo la diffusione batterica Fibrinolisina o stafilochinasi: scioglie i coaguli di fibrina Lipasi: idrolizzano i lipidi Penicillinasi (β-lattamasi): scinde l anello β-lattamico

18 TOSSINE Fattori citolitici: 4 tossine: alfa, beta, gamma, delta + leucocidina di Panton-Valentine Lisano i leucociti (soprattutto PMN) con rilascio di enzimi lisosomiali che provocano danno ai tessuti circostanti.

19 TOSSINE Tossina alfa citotossica per eritrociti, leucociti, epatociti, piastrine (induce formazione di PORI sulle membrane cellulari), attivando un pathway di morte mitocondriale. Ha azione distruttiva sui muscoli lisci dei vasi sanguigni. E codificata sia a livello cromosomico che plasmidico

20 TOSSINE Tossina beta detta anche sfingomielinasi C Mg++dipendente Solo in isolati lisogenizzati da un fago labile al calore, tossica per eritrociti, leucociti, macrofagi e fibroblasti. Idrolizza i fosfolipidi di membrana. insieme alla tossina alfa è responsabile della formazione di ascessi

21 TOSSINE Tossina delta è una citotossina ampio spettro di attività citolitica su eritrociti e molti altri tipi cellulari agisce sulle membrane con attività di tipo detergente

22 TOSSINE Tossina gamma e Leucocidina di Panton-Valentine LukF sono tossine bicomponente (componente F e componente S) agiscono lisando PMN e macrofagi producono dei pori, aumentano la permeabilità delle membrane cellulari causando instabilità osmotica LukS

23 Tossina esfoliativa TOSSINE esistono 2 forme della tossina: ET-A (termostabile, gene cromosomico) ET-B (termolabile, plasmidica) Appartiene alle serina-proteasi È responsabile della sindrome della cute ustionata (SSSS) o malattia di Ritter, dermatite esfoliativa, che colpisce i bambini di 1-3 anni Agisce sui desmosomi a livello dello strato granuloso dell epidermide

24 La SSSS è caratterizzata inizialmente da eritema periorale localizzato, poi si ha la diffusione di bolle sull intero corpo in circa due giorni Una leggera pressione sulle bolle rimuove la pelle Si formano grandi bolle con desquamazione dell epitelio Le lesioni non contengono microrganismi nè leucociti (natura tossigena, tossina esfoliativa) Il feto contrae l infezione al momento della nascita (infezioni connatali), la tossina diffonde per via sistemica Il recupero si ha dopo 7-10 giorni quando compaiono gli anticorpi neutralizzanti proteggenti.

25 TOSSINE Enterotossine: 8 enterotossine (A-E, G-I), più 3 sottospecie della enterotossina C Termostabili a 100 C per 30, resistono all idrolisi degli enzimi gastrici Contaminano alcuni alimenti Sono associate al fago III

26 Le enterotossine causano intossicazioni alimentari Ingestione di alimenti contenenti le enterotossine (patate salate, gelati, polli, carni, hamburger, creme) Periodo d incubazione: 5-6 ore Le enterotossine sono buoni induttori di IL-1 Stimolano la peristalsi intestinale, hanno un effetto sul SNC e sono responsabili del vomito. Manifestazioni cliniche: nausea, vomito, diarrea, dolori addominali, sudorazione, cefalea, febbre.

27 ENTEROCOLITE Mediata da enterotossina A + leucotossina LukE/LukD Fattore predisponente: terapia antibiotica ad ampio spettro Manifestazioni cliniche: diarrea acquosa profusa, disidratazione, febbre Diagnosi differenziale: colite pseudomembranosa da Clostridium difficile

28 TOSSINE Tossina-1 della sindrome da shock tossico (TSST-1) detta anche esotossina pirogenica o enterotossina F E termoresistente Viene secreta durante la crescita dello S. aureus. La sua attività provoca febbre, ipotensione, rash cutaneo, desquamazione

29 Sindrome da Shock tossico Si deve all uso di tamponi iperassorbenti, dove si moltiplicano i batteri che liberano la tossina. Clinica: Ipotensione, febbre, rash sul palmo delle mani e la pianta del piede, seguito da desquamazione. Può interessare più organi (tratto GI, renale, epatico, ematico, SNC) Staphylococcus aureus

30 le enterotossine (6 tipi: SE-A, B, C, D, E e G) e la tossina TSST-1 (toxic shock syndrome toxin) possiedono attività di superantigene T cell TCR antigene superantigene APC MHC II

31 Staphylococcus spp Epidemiologia Microrganismo ubiquitario si trova sulla cute, soprattutto a livello di pieghe cutanee umide, nell orofaringe, nel tratto gastrointestinale, nel tratto urogenitale, nel nasofaringe Il recettore è la FIBRONECTINA L antirecettore è rappresentato dagli ACIDI TEICOICI Il 15% delle persone sane ha S. aureus nel nasofaringe, percentuale che aumenta nel personale ospedaliero. S. aureus è sensibile alle alte T, disinfettanti, antisettici Si trasmette da persona a persona per contatto diretto o con oggetti inanimati.

32 Chi è a rischio? Genere Staphylococcus - pazienti ospedalizzati (pazienti che presentano corpi estranei, suture, cateteri, protesi) - pazienti sottoposti a terapie con antibiotici ad ampio spettro - bambini e adolescenti: per la sindrome della cute ustionata - donne mestruanti, bambini o adulti con infezione stafilococcica localizzata per la Sindrome da Shock Tossico. Nei bambini: impetigine Negli anziani con l influenza: polmonite Nei pazienti con trauma: artrite settica

33 Staphylococcus, Micrococcus e Stomatococcus spp. e malattie ad essi associate da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

34 Malattie causate da stafilococchi da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

35 in sintesi le sindromi cliniche da Staphylococcus aureus Sindromi mediate da tossine Sindrome della cute ustionata Intossicazione alimentare Enterocolite Sindrome dello shock tossico Infezioni cutanee Infezioni profonde

36 Staphylococcus aureus Infezioni cutanee (1) Follicolite Infiammazione della porzione superficiale del follicolo pilifero (sicosi della barba) Foruncolo Infezione acuta e spesso necrotica che si sviluppa nella porzione profonda del follicolo pilifero. Si presenta come una piccola lesione di consistenza aumentata, dolente che tende alla suppurazione Favo Aggregato di foruncoli, con Intensa reazione infiammatoria ed interessamento del tessuto connettivo circostante fino al grasso sottocutaneo

37 Impetigine Piodermite superficiale Staphylococcus aureus Infezioni cutanee (2) Colpisce soprattutto i bambini Contagiosa Chiazzette eritematose lesioni pustolo-bollose bianco-giallastre caduta del tetto della pustola crosta caduta della crosta gemizio di essudato contagioso Orzaiolo: quando l infezione si verifica alla base delle palpebre. Sicosi della barba: l infezione dei follicoli piliferi nella zona della barba.

38 Staphylococcus aureus Infezioni cutanee (3) Ascesso stafilococcico

39 INFEZIONI DI FERITE A seguito di traumi o interventi chirurgici con microrganismi che colonizzano la pelle. In immunocompetenti, solo se presenti corpi estranei (sutura, scheggia, sporco) Se, rimosso il corpo estraneo e disinfettata la ferita, interviene edema, eritema, materiale purulento, febbre, possibilità di terapia antibiotica mirata

40 Staphylococcus aureus: infezioni profonde Polmoniti - da aspirazione - ematogene fattori di rischio: fibrosi cistica, influenza, malattia polmonare cronica ostruttiva Batteriemia Endocardite Osteomielite Artrite settica

41 POLMONITE fattori di rischio: fibrosi cistica, influenza in soggetti molto giovani o anziani, malattia polmonare cronica ostruttiva Lesioni petecchiali in paziente con endocardite da S. aureus

42 Staphylococcus aureus Batteriemia a volte il sito d'infezione primaria è noto (polmone, tratto urinario, tratto gastrointestinale), a volte no (cute??) spesso segue disseminazione a siti distali: cuore (endocardite) ossa (osteomielite) articolazioni (artrite) Lesioni petecchiali in paziente con endocardite da S. aureus Endocardite acuta: mortalità del 50%

43 Una batteriemia (presenza di batteri o prodotti tossici nel sangue) persistente può degenerare in sepsi e shock settico Se lo shock si instaura generando MOFS (Multiple Organs Failure Syndrome, Sindrome da Insufficienza Multipla di Organo) la mortalità può raggiungere anche il 70% Staphylococcal Septicemia

44 Staphylococcus aureus Infezioni ospedaliere: contaminazione di cateteri intravascolari

45 Staphylococcus aureus Infezioni di ferite: in seguito ad interventi chirurgici (surgical site infection) o a danni traumatici (edema, eritema, dolore e accumulo di materiale purulento). Artrite settica: dolore all articolazione ed eritema. Per aspirazione si può prelevare materiale purulento.

46 Staphylococcus aureus Osteomielite: E causata dalla disseminazione ematogena all osso o in seguito ad infezione secondaria derivante da un trauma. Sintomi sono: dolore all osso coinvolto e febbre alta. Interessa le metafisi delle ossa lunghe (tibia, femore, omero). Spesso formazione di ascessi (ascesso di Brodie)

47 Diagnosi delle infezioni da Staphylococcus aureus materiale ascessuale (agoaspirato) materiale bioptico sangue campioni respiratori tamponi altri Esame microscopico: cocchi Gram+ a grappolo Esame colturale: semina in terreno MSA

48 Identificazione Colonie lisce, convesse, a margini netti, +/- lucenti Colore delle colonie: giallo oro/bianco grigiastro Emolisi in Agar Sangue: presente/assente Gram: Cocchi gram positivi Catalasi: positiva Coagulasi: positiva/negativa Identificazione biochimica: manuale/automatica (ad es. Sistema Phoenix, Becton Dickinson) Tipizzazione fagica

49 Diagnosi delle infezioni da Staphylococcus aureus Esame microscopico diretto cocchi Gram positivi ad ammassi emocoltura aspirato da ascesso

50 Isolamento colturale semina in terreni solidi e/o liquidi Terreni di base Terreni selettivi/differenziali AGAR SANGUE MANNITOL SALT AGR PARTICOLARITA Small colony variants: piccole colonie di S. aureus crescono dopo 48 h di incubazione non sono β-emolitiche di solito sono resistenti

51 Identificazione di Staphylococcus aureus Staphaurex : proteina A (è un test di agglutinazione con anticorpi coniugati con lattice) produzione di coagulasi (possibili anche tipizzazione con tecniche molecolari e tipizzazione fagica) Coagulasi legata: solo S. aureus è positivo Coagulasi libera: anche altre specie positive (ad es. S. lugdunesnis)

52 Diagnosi delle infezioni da Staphylococcus aureus (altri metodi non di routine) Esame sierologico: ricerca degli Ab anti acidi teicoici CIE (counter-immunoelectrophoresis assay)*, ID (immunodiffusione in agar) * Counter immunoelettroforesi elettroforesi in gel di agarosio dove il campione prediluito viene seminato in un pozzetto sito al catodo mentre l anticorpo viene seminato all anodo. Dopo la corsa elettroforetica è possibile identificare, mediante un apposito visore, una banda di precipitazione. La sensibilità del metodo è di 30 mg/dl.

53 S. aureus: evoluzione della antibiotico-resistenza (1) S. aureus Penicillina [anni 50] S. aureus penicillino-resistente Meticillina [anni 80] S. aureus meticillino-resistente (MRSA) Vancomicina [anni 90] [anni 90] Enterococcus sp vancomicino-resistente (VRE) S. aureus intermedio-vancomicina [1997] (VISA)

54 S. aureus: evoluzione della antibiotico-resistenza (2) [2002] S. aureus resistente-vancomicina (VRSA) CDC, MMWR, August 22, 1997 / 46(33); Staphylococcus aureus with Reduced Susceptibility to Vancomycin United States, 1997 CDC, MMWR, July 5, 2002 / 51(26); Staphylococcus aureus Resistant to Vancomycin United States, 2002

55 Le infezioni da VISA and VRSA sono ancora rare (CDC: Centers for Disease Control and Prevention): 8 casi di infezione da VISA Michigan, New Jersey 1997; New York 1998; Illinois 1999, Minnesota, Nevada, Maryland 2000; Ohio casi di infezione da VRSA Michigan, Pennsylvania 2002

56 Meccanismi di resistenza Resistenza a: Meccanismo alla base: Gene Penicillina Meticillina Beta-lattamasi PBP2a Plasmidico meca Vancomicina low level resistance Vancomicina high level resistance Intrappolamento nel cell wall Peptidoglicano modificato che non lega la Vancom. vana

57 Meticillino resistenza gene meca codifica per PBP modificata: PBP2a PBP2a: scarsa affinità per i beta-lattamici, comprese cefalosporine di I e II generazione e carbapenemici.

58 Base genetica meticillino-resistenza: staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec), contenente il gene meca Gene meca 5 diversi tipi (I, II, III, IV, V) a diverso peso molecolare, esprimenti caratteristiche fenotipiche diverse Sono diversamente rappresentati nei ceppi CA-MRSA = community-acquired MRSA o HA-MRSA = hospital-acquired MRSA

59 CA-MRSA Sensibili ad altri antibiotici (macrolidi, clindamicina, tetracicline, aminoglicosidi) SCCmec tipo IV, V produttori di leucocidina di Panton-Valentine (PVL) cloni caratteristici a diffusione internazionale (USA-300, USA-400) HA-MRSA Multiresistenti SCCmec tipo I, II, III Non producono PVL cloni internazionali, USA-100, USA-200

60 Il trasferimento di SCCmec da un MRSA ad un MSSA è raro. quindi La presenza di ceppi MRSA nel mondo è dovuta alla diffusione di pochi cloni piuttosto che alla comparsa di nuovi cloni. La trasmissione è il fattore chiave per l aumento della prevalenza di MRSA (Muto et al, Infect Control Hosp Epidemiol, 2003, 24: )

61 MRSA Dove si trovano e come si trasmettono? In molteplici siti corporei, dei pazienti o dello staff: narici anteriori, volto, mani, ascelle, inguine. Carriers: soggetti cronicamente colonizzati a livello di: CA-MRSA = cute HA-MRSA = narici Su oggetti inanimati e nell ambiente La via principale di trasmissione è quella da paziente a paziente attraverso le mani del personale sanitario, che lo acquisisce dai pazienti direttamente o tramite l ambiente.

62 La meticillino-resistenza implica resistenza a: oxacillina penicilline amoxicillina + acido clavulanico, cefazolina imipenem Anche se sensibili in vitro devono essere refertati come resistenti! presuppone resistenza alla maggior parte dei farmaci anti-stafilococcici (macrolidi, clindamicina, tetracicline) suscettibilità a: glicopeptidi linezolid tigeciclina daptomicina

63 Come si rileva la meticillino-resistenza? Metodi fenotipici: antibiogramma Metodi genotipici: ricerca del gene meca mediante PCR (amplificazione e ibridizzazione); disponibili anche kit del commercio in fluorescenza ricerca di PBP2a (test di agglutinazione al lattice)

64 Staphylococcus aureus controllo e terapia La Vancomicina è il farmaco di elezione nei MRSA. Nuova classe di antibiotici: Oxazolidinoni LINEZOLID (in Italia Zyvoxyd ) Lavaggio delle mani, pulizia delle ferite, disinfezione della cute. Uso di saponi germicidi, iodio, esaclorofene Controllo dei portatori nel nasofaringe Chemioprofilassi : Vancomicina+Rifampicina

65 Antibiotici attivi verso Stafilococchi resistenti Oxazolidinoni inibiscono la formazione del complesso ribosomiale LINEZOLID (Zyvoxid ) QUINUPRISTIN DALFOPRISTIN (Synercid ) Streptogramine bloccano la sintesi proteica a livello ribosomiale

66 tigeciclina (Tygacil, Wyeth Pharmaceuticals) nuova classe di antibiotici denominati glicilcicline (tetracicline modificate) attivo in vitro contro molti batteri resistenti a più farmaci come lo Stafilococco aureo resistente alla meticillina (MRSA) e l'enterococco resistente alla vancomicina (VRE) Inibisce la sintesi proteica agendo sul ribosoma 30S

67 Daptomicina (Cubicin, Eli Lilly) È un lipopeptide: agisce sulla membrana cellulare

68 CoNS: Stafilococchi coagulasi-negativi Infezioni da Staphylococcus epidermidis Colonizzazione e causare: Endocardite Infezioni da cateteri Infezioni da shunt Infezioni delle protesi articolari Altre infezioni opportunistiche Infezioni da Staphylococcus lugdunensis Infezioni delle valvole cardiache native Infezioni da Staphylococcus saprophyticus Infezioni delle vie urinarie

69 Endocarditi su protesi valvolari (raramente su valvole naturali) Infezioni da cateteri e shunt Infezioni da protesi articolari (anca) S. epidermidis provvisto di strato mucoso sulla superficie di un catetere intravascolare Infezioni persistenti causano batteremia (presenza di batteri o prodotti tossici nel sangue) persistente che può degenerare in sepsi e shock tossico

70 Staphylococcus saprophyticus Infezioni delle vie urinarie - giovani donne in età fertile - disuria, leucocituria - carica microbica anche < UFC/ml - risposta rapida agli antibiotici specifici Agenti eziologici di cistite

71 Controllo delle infezioni da Stafilococchi coaugulasi-negativi Molti ceppi sono resistenti alla penicillina La vancomicina è il farmaco di scelta per i ceppi resistenti Per le endocarditi è essenziale il pronto trattamento. Uso di linee intravascolari sterili aiuta a prevenire le infezioni