Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche MALATTIE INFETTIVE E MICROBIOLOGIA CLINICA. Neisserie. Prof. Oliviero E. Varnier

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1 Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche MALATTIE INFETTIVE E MICROBIOLOGIA CLINICA Neisserie Prof. Oliviero E. Varnier 2016 Sezione di Microbiologia Dipartimento di Scienze Chirurgiche R Diagnostiche Integrate (DISC)

2 NEISSERIE! Il genere Neisseria comprende un ampia varietà di specie non patogene, tra cui N. lactamica, N. flava, N. subflava, N. mucosa e N. sicca, che si localizzano come commensali nelle prime vie respiratorie.! L importanza clinica di questo gruppo di cocchi piogeni è però legata a due specie patogene:! N. gonorrhoeae (gonococco) e! N. meningitidis (meningococco), che furono scoperte rispettivamente nel 1879 e nel 1887 da Albert Neisser e Anton Weichselbaum. 2

3 NEISSERIE! N. gonorrhoeae e N. meningitidis sono patogeni strettamente correlati con un solo habitat, l uomo: non si conoscono altri serbatoi naturali.! Neisseria gonorrhoeae è l agente eziologico della gonorrea, malattia sessualmente trasmessa (STD, e descritta fin dai tempi più antichi:! (si ritrova, ad esempio, nel papiro di Ebers, che risale a circa il 1550 a.c.;! il termine gonorrea è stato attribuito a Galeno (130 d.c.).! Rappresenta una delle più frequenti malattie batteriche contagiose per l uomo, nonostante la disponibilità di farmaci antimicrobici sempre più efficaci. 3

4 NEISSERIE. Le neisserie sono tipici batteri gram-negativi che si ritrovano spesso in coppia sotto forma di diplococchi appaiati a chicco di caffè. u N. gonorrhoeae utilizza i pili per colonizzare l epitelio uretrale e cervicale. u Rappresenta uno dei principali agenti eziologici di meningite batterica. 4

5 NEISSERIE! Neisseria meningitidis causa frequentemente infezioni nasofaringee localizzate asintomatiche, simili alle colonizzazioni mucosali delle specie non patogene di Neisseria! Occasionalmente, in condizioni non ancora ben determinate, il meningococco dissemina, causando severe malattie che mettono a rischio la vita:! la meningite meningococcica,! la batteriemia e! l artrite settica. 5

6 MORFOLOGIA E IDENTIFICAZIONE! Le neisserie sono tipici batteri gram-negativi, non sporigeni, provvisti di pili, le cui cellule assumono una forma coccoide e si ritrovano spesso in coppia sotto forma di diplococchi appaiati a chicco di caffe.! I singoli cocchi sono di piccole dimensioni e hanno un diametro di circa 0,6-1,0 µm.! I meningococchi si differenziano dalle altre neisserie in quanto rivestiti da una capsula di natura polisaccaridica.! In base alle differenze antigeniche del polisaccaride capsulare i meningococchi sono divisi in 13 gruppi sierologici.! I gruppi A, B, C, W-135 e Y causano le forme più gravi di malattia, gli altri gruppi colonizzano frequentemente l orofaringe, ma solo raramente danno infezioni sistemiche. 6

7 MORFOLOGIA E IDENTIFICAZIONE! Le neisserie si moltiplicano in modo ottimale in ambiente aerobio, umido e povero di ossigeno, che contiene il 5-10% di CO 2 a C.! I gonococchi e alcuni ceppi di meningococco crescono in anaerobiosi se coltivati in presenza di NO 2.! Tutti i membri di questo genere, patogeni e commensali, producono il citocromo C, che ossida un accettore di elettroni artificiale, la dimetil-o tetrametil-pfeniendiamina ed è responsabile della positività del test dell ossidasi; cioè le colonie assumono una colorazione rosa e successivamente blu o marrone, quando le piastre sono addizionate con una soluzione all 1% del reagente. 7

8 NEISSERIE Colonie di Neisseria gonorrhoeae cresciute su Thayer-Martin Medium. Le colonie appaiono opache e di colore grigiastro. Il Thayer-Martin è un agar cioccolato modificato attraverso l aggiunta di agenti antimicrobici che sopprimono la crescita di microrganismi contaminanti, permettendo lo sviluppo di colonie di N. gonorrhoeae e N. meningitidis. La crescita è favorita incubando per ore a 37 o C in atmosfera arricchita con il 5-10% di CO 2. 8

9 NEISSERIE! Le specie di Neisseria si distinguono in base alla loro caratteristica capacità di utilizzare zuccheri semplici come fonti di energia.! I meningococchi fermentano glucosio e maltosio, mentre i gonococchi fermentano solo il glucosio.! Le neisserie possono essere considerate batteri fastidiosi in quanto hanno esigenze nutrizionali abbastanza complesse.! La crescita dei meningococchi e dei gonococchi è sensibile agli acidi grassi liberi che contaminano il terreno, ma l effetto inibente di tali composti tossici può essere eliminato aggiungendo al terreno sangue o amido. 9

10 NEISSERIE! Per la crescita e l isolamento colturale delle neisserie si utilizzano terreni arricchiti non selettivi contenenti sangue lisato.! Tali terreni sono noti come agar cioccolato per il colore marrone e sono preparati riscaldando l agar-sangue a 90.! Un altro terreno arricchito non selettivo utilizzato per l isolamento delle neisserie è il GC-agar (gonococcal-agar) che insieme a diversi altri nutrienti contiene anche amido.! Un terreno selettivo impiegato per l isolamento primario è l agar modificato Thayer-Martin (MTM), terreno che contiene vancomicina, nistatina, trimethoprim e colistina, che sopprimono la crescita della normale flora microbica (grampositivi, funghi, gram-negativi), ma non inibiscono N. gonorrhoeae e N. meningitidis. 10

11 NEISSERIE! Dopo l inoculo, le piastre vengono incubate in un ambiente umido e in un atmosfera contenente CO 2 in incubatori ed esaminate dopo ore.! Le neisserie patogene sono particolarmente sensibili a condizioni ambientali sfavorevoli per la crescita;! vanno rapidamente incontro ad autolisi e le colture possono morire in pochi giorni a temperatura ambiente. 11

12 MECCANISMI DI VIRULENZA e PATOGENICITÀ! Le neisserie sono patogeni esclusivamente umani.! lo studio della patogenesi comprende numerosi ed importanti aspetti del microambiente batterico:! l induzione di una risposta infiammatoria e immunitaria! la capacità di saggiare! mutanti per la loro virulenza e! diversi antigeni come candidati vaccini è limitata per la mancanza di un modello animale;! il più comune approccio utilizzato per l analisi di determinanti di virulenza è l infezione di colture cellulari. 12

13 MECCANISMI DI VIRULENZA e PATOGENICITÀ! Le infezioni causate dalle neisserie patogene sono processi multifattoriali che coinvolgono numerose interazioni, mediate da recettori, tra i batteri e le principali cellule bersaglio (cellule epiteliali).! I batteri sono capaci di aderire alla superficie e spesso penetrare nelle cellule epiteliali e, contenuti all interno di vacuoli fagosomali, possono passare per transcitosi nei tessuti subepiteliali.! Le neisserie patogene interagiscono fortemente con le cellule fagocitiche, come neutrofili e macrofagi, i quali sembrano fornire loro un habitat intracellulare. 13

14 MECCANISMI DI VIRULENZA e PATOGENICITÀ! Numerosi studi enfatizzano l importanza degli scambi genetici orizzontali nell evoluzione e nella epidemiologia delle specie Neisseria.! Un continuo flusso orizzontale di materiale genetico influenza la composizione cromosomale delle specie patogene ed anche di molte specie commensali.! Esistono numerosi scambi orizzontali di materiale genetico tra specie commensali e patogene di Neisseria, tra meningococchi e gonococchi e tra diversi ceppi nell ambito di una determinata specie di Neisseria, responsabili della generazione di geni a mosaico. 14

15 MECCANISMI DI VIRULENZA e PATOGENICITÀ! Non è chiaro se l organizzazione cromosomica delle Neisseria sia correlata con altre caratteristiche di questo microrganismo: la trasformazione naturale ela variabilità genetica e di popolazione.! Non è noto se la plasticità genomica, trovata nelle specie di Neisseria,, sia correlata con lo stile di vita del microrganismo, caratterizzato da uno spettro d ospite estremamente limitato e dalla capacità di causare infezioni persistenti,! oppure rifletta che questi batteri siano giovani in termini di evoluzione ed ancora all inizio di un processo adattativo nei confronti del loro ospite. 15

16 MECCANISMI DI VIRULENZA e PATOGENICITÀ! Le popolazioni microbiche devono adattarsi ai cambiamenti ambientali cui vanno incontro durante la coevoluzione con l ospite e ai ricorrenti cambiamenti micro-ambientali.! I microrganismi hanno sviluppato idonei programmi adattativi come la variazione genetica e la regolazione genica: due meccanismi genetici compatibili e spesso interconnessi.! La variazione genetica consiste in cambiamenti spontanei del DNA, ereditati dalla progenie e spesso reversibili, questi cambiamenti sono casuali e avvengono in loci distinti, e inducono la sintesi di prodotti genici alternativi.! La variazione genetica genera popolazioni eterogenee di un ceppo microbico, in modo tale che una frazione della popolazione possa esibire un adattamento microambientale. 16