3ParetePt2SE09
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Gram +<br />
PARETE DEI GRAM+ E GRAM -<br />
Esistono importanti differenze sia di struttura che di composizione<br />
chimica tra Gram+ e Gram-<br />
Gram -
STRUTTURA COMPLESSIVA DELLA PARETE CELLULARE DEI BATTERI GRAM -<br />
Composizione:<br />
Complessa ultrastruttura<br />
e composizione;<br />
Componenti non mureinici<br />
organizzati a formare<br />
una<br />
MEMBRANA ESTERNA<br />
O PARIETALE:<br />
Struttura:<br />
in due foglietti tipica<br />
di tutte le membrane<br />
biologiche;<br />
FOSFOLIPIDI: FOSFOLIPIDI simili a quelli della membrana citoplasmatica, situati<br />
nel foglietto interno.<br />
LIPOPOLISACCARIDE: costituisce con la sua componente lipidica la<br />
maggior parte del foglietto esterno.<br />
PROTEINE: inserite a varie altezze.<br />
LIPOPROTEINA: ancora la membrana esterna allo strato<br />
sottostante di peptidiglicano.
Unità di<br />
ripetizione<br />
STRUTTURA DEL LIPOPOLISACCARIDE (LPS)<br />
CATENA LATERALE O CORE LIPIDE A<br />
Polisaccaride<br />
Outer<br />
core<br />
Lipopolisaccaride<br />
Inner<br />
core<br />
Lipide
POSIZIONE DEL LPS NELLA MEMBRANA ESTERNA<br />
Occupa la maggior parte del foglietto esterno della membrana esterna;<br />
la porzione polisaccaridica è rivolta verso l’esterno, il lipide A è immerso<br />
nello spessore della membrana
CATENA LATERALE O<br />
Polimero di unità oligosaccaridiche di ripetizione (in media 40 unità);<br />
Trisaccaride lineare o tetra, penta saccaride ramificato;<br />
Almeno 20 diversi tipi di zuccheri molti dei quali sono dei dideossiesosi che si<br />
ritrovano, in natura, solo nella parete dei batteri Gram-;<br />
Legionella pneumophila, serogruppo 1: omopolimero formato da circa 75 residui<br />
di un solo zucchero;<br />
Rappresenta la parte più variabile alla base della classificazione sierologica dei<br />
batteri Gram-<br />
CORE<br />
E' un oligosaccaride costante nell'ambito di un genere;<br />
L' inner core di tutti i batteri Gram- contiene uno zucchero a 8 atomi di C<br />
(2-keto-3-deoxyoctulosio) più, in tutte le Enterobacteriaceae, è presente uno<br />
zucchero a 7 atomi di C.<br />
L'outer core è la porzione relativamente più variabile anche se vi sono presenti<br />
zuccheri a 6 atomi di C comuni.<br />
LIPIDE A<br />
LIPOPOLISACCARIDE (LPS)<br />
E' un glicofosfolipide;<br />
Consiste in un dimero di NAG-fosforilata con legati acidi grassi a catena lunga;<br />
Rappresenta la porzione idrofobica che si ancora alla membrana esterna;<br />
Rappresenta il principio tossico dell'intera molecola;<br />
Altamente conservato in tutti batteri Gram-
FUNZIONI DELLA MEMBRANA ESTERNA E DELL' LPS<br />
barriera di permeabilità selettiva (ancor più selettiva della membrana interna) che si<br />
oppone al passaggio di molecole idrofobiche (dovuto alla catena laterale O, idrofilica,<br />
del LPS) e di molecole idrofiliche (dovuto al doppio strato fosfolipidico) al di sopra di<br />
certe dimensioni.<br />
LPS rappresenta una<br />
importante struttura di<br />
superficie<br />
nell'interazione<br />
dell'agente patogeno<br />
con il suo ospite: per<br />
es. può essere<br />
coinvolto nell'adesione<br />
(colonizzazione) e nella<br />
resistenza alla<br />
fagocitosi; è sede dei<br />
determinanti antigenici;<br />
se liberato in un ospite<br />
sensibile, dà luogo a<br />
numerosi effetti tossici<br />
(ENDOTOSSINA<br />
ENDOTOSSINA<br />
BATTERICA)<br />
BATTERICA
TOSSINE BATTERICHE: BATTERICHE molecole con attività tossica nei<br />
confronti dell’ospite; la produzione di tossine è uno dei<br />
meccanismi principali con cui i batteri causano le malattie<br />
(es: tetano, difterite, pertosse, colera)<br />
ENDOTOSSINE<br />
componenti strutturali; quasi<br />
sempre rilasciate in seguito a lisi<br />
ESOTOSSINE<br />
rilasciate nel mezzo esterno<br />
da cellule vitali
Proprietà Endotossine Esotossine<br />
Natura chimica Complessa: lipopolisaccaride<br />
(MW: c.a. 10 kDa)<br />
Localizzazione in rapporto<br />
alla cellula batterica<br />
Sensibilità alla<br />
denaturazione termica<br />
Modalità di azione e<br />
sintomatologia<br />
Componenti della membrana<br />
esterna dei batteri Gram-<br />
Proteine<br />
(MW: c.a. 50-1000kDa)<br />
Secrete<br />
Termostabili Termolabili<br />
Non specifica; febbre,<br />
infiammazione<br />
Attività enzimatica Nessuna Di solito<br />
Tossicità Relativamente poco potenti:<br />
LD50 nel topo: 200-400<br />
μg/animale<br />
Immunogenicità Relativamente poco<br />
immunogeniche: la risposta<br />
immunitaria non è sufficiente a<br />
neutralizzare la tossina<br />
Specifica; citotossine,<br />
enterotossine, neurotossine<br />
con azione specifica su cellule<br />
e tessuti<br />
Altamente tossiche, spesso<br />
fatali: LD50 tossina botulinica<br />
nel topo: 25pg<br />
Altamente immunogeniche:<br />
stimolano la produzione di<br />
anticorpi neutralizzanti<br />
(antitossine)<br />
Potenzialità del tossoide Nessuna Il trattamento della tossina<br />
con formaldeide elimina la<br />
tossicità, ma non<br />
l'immunogenicità (tossoide)<br />
Attività piretica Spesso inducono febbre<br />
nell'ospite<br />
Non inducono febbre<br />
nell'ospite
EFFETTI BIOLOGICI DELL'ENDOTOSSINA<br />
§Le endotossine, inoculate in un animale a loro sensibile, danno luogo ad una vasta<br />
gamma di sintomi in conseguenza del loro effetto su diversi organi e sistemi.<br />
§Qualsiasi apparato o cellula dell'organismo sembra rispondere sia in vitro che in<br />
vivo allo stimolo endotossico.<br />
Bersagli<br />
Attività<br />
Effetti<br />
Monociti-<br />
macrofagi<br />
Sintesi di IL-1<br />
e TNF<br />
Febbre<br />
Coagulazione<br />
intravasale<br />
Piccole dosi di<br />
endotossina<br />
Neutrofili Linfociti B Complemento<br />
Rilascio amine<br />
vasoattive<br />
Vasodilatazione<br />
Alte dosi di<br />
endotossina<br />
Shock<br />
Attivazione Attivazione<br />
Produzione di<br />
anticorpi<br />
Alterazione della<br />
funzionalità di<br />
molti organi<br />
Infiammazione
DI SOLITO UN<br />
IMMUNOSTIMOLANTE<br />
L'ENDOTOSSINA<br />
TALVOLTA UNA<br />
"TOSSINA"
EFFETTI BIOLOGICI DELL'ENDOTOSSINA SEMPLIFICATI<br />
1) Effetto pirogeno (capacità di indurre febbre anche a basse dosi)<br />
LPS<br />
A livello cutaneo visibili<br />
delle "petecchie"<br />
Macrofago<br />
IL-1<br />
TNF-alfa<br />
Consumo dei fattori della<br />
coagulazione e<br />
conseguente emorragie<br />
Centro<br />
termoregolatore<br />
dell'ipotalamo<br />
2) Attiva vari tipi cellulari<br />
-Macrofagi (aumento della fagocitosi e capacità battericida, produzione di monochine che<br />
agiscono su vari altri tipi cellulari e tessuti)<br />
-Linfociti B (proliferazione e differenziazione in plasmacellule)<br />
-Cellule endoteliali<br />
-Piastrine<br />
-Granulociti<br />
3) Induce infiammazione<br />
4) Induce vasodilatiazione con conseguente ipotensione e shock<br />
5) Attiva il complemento<br />
6) Stimola la coagulazione del sangue CID (coagulazione intravasale disseminata)<br />
Coagulazione Intravasale Disseminato<br />
I coaguli a livello del<br />
microcircolo degli organi causano<br />
ischemia con conseguente<br />
insufficienza d’organo
VISIONE D'INSIEME DEI MOLTEPLICI EFFETTI<br />
DELL'ENDOTOSSINA
RUOLO DELL'ENDOTOSSINA NELLO SHOCK ENDOTOSSICO<br />
Shock endotossico: grave quadro clinico che può accompagnare le setticemie<br />
da batteri Gram- caratterizzato da febbre, ipotensione, acidosi,<br />
insufficienza renale e respiratoria e nelle fasi finali da CID ed insufficienza<br />
d’organo.<br />
Frequenza: 1% dei pazienti ospedalizzati sviluppa sepsi; 20-30% nei reparti<br />
di terapia intensiva.<br />
Esito fatale: 40-60% dei pazienti, nonostante terapie antibiotiche.
METODI DI DOSAGGIO DELL'ENDOTOSSINA<br />
I LPS batterici per la loro diffusione ubiquitaria e per l'estrema stabilità ad<br />
agenti chimici e fisici rappresentano una frequente contaminazione ambientale<br />
NECESSITA' DI VERIFICARE LA PRESENZA<br />
DI ENDOTOSSINA IN PREPARAZIONI<br />
TERAPEUTICHE, PRODOTTI BIOLOGICI,<br />
REAGENTI<br />
TEST PIROGENO NEL CONIGLIO<br />
TEST DEL LILMULUS<br />
Sfrutta la capacità del lisato di amebociti<br />
(unici elementi cellulari) presenti<br />
nell'emolinfa di un crostaceo, il Limulus<br />
polyphemus, di gelificare anche in presenza<br />
di piccolissime quantità di endotossina (ng).<br />
Può essere utilizzato per rivelare la<br />
presenza di LPS nel liquor, nel plasma,<br />
nelle urine od in altri liquidi biologici, per<br />
una diagnosi rapida, anche se aspecifica di<br />
infezione da Gram-.
LE PROTEINE DELLA MEMBRANA ESTERNA DEI BATTERI GRAM -<br />
(50% della massa della membrana)<br />
• Vengono indicate con la sigla Omp (outer membrane proteins) seguita da una<br />
lettera dell’alfabeto o con sigle indicative della loro funzione;<br />
• Sono di due tipi principali:<br />
• PROTEINE PORINE<br />
• PROTEINE STRUTTURALI<br />
Proteina A<br />
Lipoproteina<br />
LIPOPROTEINA: piccola proteina con funzione di ANCORAGGIO (strutturale);<br />
parte proteica, legata al peptidoglicano (tetrapeptide); parte lipidica, inserita nel<br />
foglietto interno della membrana esterna.<br />
PROTEINA A (OmpA): attraversa tutto il bilayer lipidico; funzione di<br />
STABILIZZAZIONE STRUTTURALE
PORINE:<br />
le più abbondanti c.a. 10 5 /cellula<br />
Peso Molecolare variabile (30-50 Kda);<br />
SONO TRANS-MEMBRANALI, ORGANIZZATE A<br />
FORMARE DEI TRIMERI (TRE SUBUNITA’<br />
IDENTICHE) ciascuna delimitante un poro idrotata;<br />
SI OPPONGONO AL PASSAGGIO DELLE MOLECOLE<br />
IDROFOBICHE; SONO PERMEABILI ALLE<br />
MOLECOLE IDROFILICHE; SONO DEI FILTRI<br />
MOLECOLARI<br />
Due TIPI:<br />
- ASPECIFICHE: ASPECIFICHE selezionano<br />
solo in base alle dimensioni della<br />
molecola (piccole molecole<br />
idrofiliche < 600 Da) o, al<br />
massimo, per la carica -anioni o<br />
cationi-<br />
- SPECIFICHE<br />
SPECIFICHE: permettono il<br />
passaggio di 1 solo soluto o di<br />
pochi soluti strutturalmente<br />
simili (molecole idrofiliche più<br />
grosse: zuccheri, vitamine<br />
ecc.es: LamB di E. coli,<br />
specifica per le maltodestrine)
FUNZIONI DELLE PORINE<br />
CANALI CHE PERMETTONO IL PASSAGGIO DI SOSTANZE<br />
IDROFILICHE ATTRAVERSO LA MEMBRANA ESTERNA<br />
RUOLO NELLA RESISTENZA AI FARMACI<br />
sostituzione di aminoacidi neutri con aminoacidi carichi che si proiettano<br />
all’interno del poro e perturbano la normale diffusione degli antibiotici<br />
in presenza di antibiotici viene diminuita od eliminata l’espressione delle<br />
porine implicate nella diffusione di quell’antibiotico<br />
FUNZIONE DI RECETTORI<br />
per fagi<br />
per batteriocine<br />
per componenti del complemento<br />
per anticorpi<br />
FATTORI DI PATOGENICITA’ BATTERICA<br />
possono promuovere l’invasione delle cellule dell’ospite.<br />
l’aderenza<br />
l’attività citotossica. (vengono secrete in piccole vescicole che si fondono<br />
con la membrana delle c. eucariotiche)
Esempi di Omp di Gram-negativi<br />
Proteina Funzione<br />
OmpA e Entrambe stabilizzano la membrana<br />
Murein-lipoproteina<br />
OmpB Porina aspecifica<br />
LamB (maltoporina) Porina specifica per il maltosio e<br />
maltodestrine; recettore di l<br />
OmpC Porina aspecifica per piccole molecole<br />
recettore per il fagoT4<br />
OmpF Porina aspecifica per piccole molecole<br />
PhoeE Porina specifica per anioni; viene<br />
INDOTTA da P i limitante<br />
TonB Sideroporo per il transito del ferro e<br />
specifico per la Vit B 12<br />
Tsx Porina specifica per i nucleosidi