3ParetePt2SE09

PARETE DEI GRAM+ E GRAM Esistono importanti differenze sia di struttura che di composizione
chimica tra Gram+ e GramGram +
Gram -
STRUTTURA COMPLESSIVA DELLA PARETE CELLULARE DEI BATTERI GRAM Complessa ultrastruttura
e composizione;
Componenti non mureinici
organizzati a formare
una
MEMBRANA ESTERNA
O PARIETALE:
Struttura:
in due foglietti tipica
di tutte le membrane
biologiche;
FOSFOLIPIDI:
FOSFOLIPIDI simili a quelli della membrana citoplasmatica, situati
nel foglietto interno.
Composizione:
LIPOPOLISACCARIDE: costituisce con la sua componente lipidica la
maggior parte del foglietto esterno.
PROTEINE: inserite a varie altezze.
LIPOPROTEINA: ancora la membrana esterna allo strato
sottostante di peptidiglicano.
STRUTTURA DEL LIPOPOLISACCARIDE (LPS)
Unità di
ripetizione
Outer
core
CATENA LATERALE O
Inner
core
CORE
Polisaccaride
Lipopolisaccaride
LIPIDE A
Lipide
POSIZIONE DEL LPS NELLA MEMBRANA ESTERNA
Occupa la maggior parte del foglietto esterno della membrana esterna;
la porzione polisaccaridica è rivolta verso l’esterno, il lipide A è immerso
nello spessore della membrana
CATENA LATERALE O
LIPOPOLISACCARIDE (LPS)
Polimero di unità oligosaccaridiche di ripetizione (in media 40 unità);
Trisaccaride lineare o tetra, penta saccaride ramificato;
Almeno 20 diversi tipi di zuccheri molti dei quali sono dei dideossiesosi che si
ritrovano, in natura, solo nella parete dei batteri Gram-;
Legionella pneumophila, serogruppo 1: omopolimero formato da circa 75 residui
di un solo zucchero;
Rappresenta la parte più variabile alla base della classificazione sierologica dei
batteri Gram-
CORE
E' un oligosaccaride costante nell'ambito di un genere;
L' inner core di tutti i batteri Gram- contiene uno zucchero a 8 atomi di C
(2-keto-3-deoxyoctulosio) più, in tutte le Enterobacteriaceae, è presente uno
zucchero a 7 atomi di C.
L'outer core è la porzione relativamente più variabile anche se vi sono presenti
zuccheri a 6 atomi di C comuni.
LIPIDE A
E' un glicofosfolipide;
Consiste in un dimero di NAG-fosforilata con legati acidi grassi a catena lunga;
Rappresenta la porzione idrofobica che si ancora alla membrana esterna;
Rappresenta il principio tossico dell'intera molecola;
Altamente conservato in tutti batteri Gram-
FUNZIONI DELLA MEMBRANA ESTERNA E DELL' LPS
barriera di permeabilità selettiva (ancor più selettiva della membrana interna) che si
oppone al passaggio di molecole idrofobiche (dovuto alla catena laterale O, idrofilica,
del LPS) e di molecole idrofiliche (dovuto al doppio strato fosfolipidico) al di sopra di
certe dimensioni.
LPS rappresenta una
importante struttura di
superficie
nell'interazione
dell'agente patogeno
con il suo ospite: per
es. può essere
coinvolto nell'adesione
(colonizzazione) e nella
resistenza alla
fagocitosi; è sede dei
determinanti antigenici;
se liberato in un ospite
sensibile, dà luogo a
numerosi effetti tossici
(ENDOTOSSINA
BATTERICA)
BATTERICA
TOSSINE BATTERICHE: molecole con attività tossica nei
confronti dell’ospite; la produzione di tossine è uno dei
meccanismi principali con cui i batteri causano le malattie
(es: tetano, difterite, pertosse, colera)
ENDOTOSSINE
ESOTOSSINE
componenti strutturali; quasi
sempre rilasciate in seguito a lisi
rilasciate nel mezzo esterno
da cellule vitali
Proprietà
Endotossine
Esotossine
Natura chimica
Complessa: lipopolisaccaride
(MW: c.a. 10 kDa)
Proteine
(MW: c.a. 50-1000kDa)
Localizzazione in rapporto
alla cellula batterica
Componenti della membrana
esterna dei batteri Gram-
Secrete
Sensibilità alla
denaturazione termica
Termostabili
Termolabili
Modalità di azione e
sintomatologia
Non specifica; febbre,
infiammazione
Specifica; citotossine,
enterotossine, neurotossine
con azione specifica su cellule
e tessuti
Attività enzimatica
Nessuna
Di solito
Tossicità
Relativamente poco potenti:
LD50 nel topo: 200-400
µg/animale
Altamente tossiche, spesso
fatali: LD50 tossina botulinica
nel topo: 25pg
Immunogenicità
Relativamente poco
immunogeniche: la risposta
immunitaria non è sufficiente a
neutralizzare la tossina
Altamente immunogeniche:
stimolano la produzione di
anticorpi neutralizzanti
(antitossine)
Potenzialità del tossoide
Nessuna
Il trattamento della tossina
con formaldeide elimina la
tossicità, ma non
l'immunogenicità (tossoide)
Attività piretica
Spesso inducono febbre
nell'ospite
Non inducono febbre
nell'ospite
EFFETTI BIOLOGICI DELL'ENDOTOSSINA
§Le endotossine, inoculate in un animale a loro sensibile, danno luogo ad una vasta
gamma di sintomi in conseguenza del loro effetto su diversi organi e sistemi.
§Qualsiasi apparato o cellula dell'organismo sembra rispondere sia in vitro che in
vivo allo stimolo endotossico.
Piccole dosi di
endotossina
Bersagli
Attività
Effetti
Monociti-
Neutrofili
macrofagi
Linfociti B
Sintesi di IL-1
Rilascio amine
e TNF
vasoattive
Febbre
Vasodilatazione
Attivazione
Produzione di
anticorpi
Complemento
Attivazione
Infiammazione
Alte dosi di
endotossina
Coagulazione
intravasale
Alterazione della
Shock
funzionalità di
molti organi
L'ENDOTOSSINA
DI SOLITO UN
IMMUNOSTIMOLANTE
TALVOLTA UNA
"TOSSINA"
EFFETTI BIOLOGICI DELL'ENDOTOSSINA SEMPLIFICATI
1) Effetto pirogeno (capacità di indurre febbre anche a basse dosi)
LPS
Macrofago
IL-1
TNF-alfa
Centro
termoregolatore
dell'ipotalamo
2) Attiva vari tipi cellulari
-Macrofagi (aumento della fagocitosi e capacità battericida, produzione di monochine che
agiscono su vari altri tipi cellulari e tessuti)
-Linfociti B (proliferazione e differenziazione in plasmacellule)
-Cellule endoteliali
-Piastrine
-Granulociti
3) Induce infiammazione
4) Induce vasodilatiazione con conseguente ipotensione e shock
5) Attiva il complemento
6) Stimola la coagulazione del sangue CID (coagulazione intravasale disseminata)
Coagulazione Intravasale Disseminato
A livello cutaneo visibili
delle "petecchie"
Consumo dei fattori della
coagulazione e
conseguente emorragie
I coaguli a livello del
microcircolo degli organi causano
ischemia con conseguente
insufficienza d’organo
VISIONE D'INSIEME DEI MOLTEPLICI EFFETTI
DELL'ENDOTOSSINA
RUOLO DELL'ENDOTOSSINA NELLO SHOCK ENDOTOSSICO
Shock endotossico: grave quadro clinico che può accompagnare le setticemie
da batteri Gram- caratterizzato da febbre, ipotensione, acidosi,
insufficienza renale e respiratoria e nelle fasi finali da CID ed insufficienza
d’organo.
Frequenza: 1% dei pazienti ospedalizzati sviluppa sepsi; 20-30% nei reparti
di terapia intensiva.
Esito fatale: 40-60% dei pazienti, nonostante terapie antibiotiche.
METODI DI DOSAGGIO DELL'ENDOTOSSINA
I LPS batterici per la loro diffusione ubiquitaria e per l'estrema stabilità ad
agenti chimici e fisici rappresentano una frequente contaminazione ambientale
NECESSITA' DI VERIFICARE LA PRESENZA
DI ENDOTOSSINA IN PREPARAZIONI
TERAPEUTICHE, PRODOTTI BIOLOGICI,
REAGENTI
TEST PIROGENO NEL CONIGLIO
TEST DEL LILMULUS
Sfrutta la capacità del lisato di amebociti
(unici
elementi
cellulari)
presenti
nell'emolinfa di un crostaceo, il Limulus
polyphemus, di gelificare anche in presenza
di piccolissime quantità di endotossina (ng).
Può essere utilizzato per rivelare la
presenza di LPS nel liquor, nel plasma,
nelle urine od in altri liquidi biologici, per
una diagnosi rapida, anche se aspecifica di
infezione da Gram-.
LE PROTEINE DELLA MEMBRANA ESTERNA DEI BATTERI GRAM (50% della massa della membrana)
•
Vengono indicate con la sigla Omp (outer membrane proteins) seguita da una
lettera dell’alfabeto o con sigle indicative della loro funzione;
•
Sono di due tipi principali:
•
PROTEINE PORINE
•
PROTEINE STRUTTURALI
Proteina A
Lipoproteina
LIPOPROTEINA: piccola proteina con funzione di ANCORAGGIO (strutturale);
parte proteica, legata al peptidoglicano (tetrapeptide); parte lipidica, inserita nel
foglietto interno della membrana esterna.
PROTEINA A (OmpA): attraversa
STABILIZZAZIONE STRUTTURALE
tutto
il
bilayer
lipidico;
funzione
di
PORINE:
le più abbondanti c.a. 105/cellula
Peso Molecolare variabile (30-50 Kda);
SONO TRANS-MEMBRANALI, ORGANIZZATE A
FORMARE DEI TRIMERI (TRE SUBUNITA’
IDENTICHE) ciascuna delimitante un poro idrotata;
SI OPPONGONO AL PASSAGGIO DELLE MOLECOLE
IDROFOBICHE; SONO PERMEABILI ALLE
MOLECOLE IDROFILICHE; SONO DEI FILTRI
MOLECOLARI
Due TIPI:
- ASPECIFICHE:
ASPECIFICHE selezionano
solo in base alle dimensioni della
molecola (piccole molecole
idrofiliche < 600 Da) o, al
massimo, per la carica -anioni o
cationi- SPECIFICHE:
SPECIFICHE permettono il
passaggio di 1 solo soluto o di
pochi soluti strutturalmente
simili (molecole idrofiliche più
grosse: zuccheri, vitamine
ecc.es: LamB di E. coli,
specifica per le maltodestrine)
FUNZIONI DELLE PORINE
CANALI
CHE
PERMETTONO
IL
PASSAGGIO
DI
IDROFILICHE ATTRAVERSO LA MEMBRANA ESTERNA
SOSTANZE
RUOLO NELLA RESISTENZA AI FARMACI
sostituzione di aminoacidi neutri con aminoacidi carichi che si proiettano
all’interno del poro e perturbano la normale diffusione degli antibiotici
in presenza di antibiotici viene diminuita od eliminata l’espressione delle
porine implicate nella diffusione di quell’antibiotico
FUNZIONE DI RECETTORI
per fagi
per batteriocine
per componenti del complemento
per anticorpi
FATTORI DI PATOGENICITA’ BATTERICA
possono promuovere l’invasione delle cellule dell’ospite.
l’aderenza
l’attività citotossica. (vengono secrete in piccole vescicole che si fondono
con la membrana delle c. eucariotiche)
Esempi di Omp di Gram-negativi
Proteina
Funzione
OmpA e
Murein-lipoproteina
Entrambe stabilizzano la membrana
OmpB
LamB (maltoporina)
Porina aspecifica
Porina specifica per il maltosio e
maltodestrine; recettore di λ
Porina aspecifica per piccole molecole
recettore per il fagoT4
Porina aspecifica per piccole molecole
Porina specifica per anioni; viene
INDOTTA da Pi limitante
Sideroporo per il transito del ferro e
specifico per la Vit B12
Porina specifica per i nucleosidi
OmpC
OmpF
PhoeE
TonB
Tsx