Ecoli

Escherichia coli • FAMIGLIA: ENTEROBACTERIACEAE Bacilli gram-negativi, asporigeni, sia mobili che immobili, anaerobi facoltativi, fermentano il glucosio e il lattosio. • GENERE: ESCHERICHIA • SPECIE: E. coli NORMALMENTE PRESENTE NEL TRATTO GASTRO-ENTERICO

ENTEROBACTERIACEAE • MICRORGANISMI UBIQUITARI • 30-35% SETTICEMIE • 70% INFEZIONI DELLE VIE URINARIE • MOLTE INFEZIONI INTESTINALI

ENTEROBACTERIACEAE IMPORTANTI DA UN PUNTO DI VISTA MEDICO  Citrobacter freundii, Citrobacter koseri  Enterobacter aerogenes, Enterobacter cloacae  Escherichia coli  Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca  Morganella morganii  Proteus mirabilis, Proteus vulgaris  Salmonella enterica  Serratia marcescens  Shigella sonnei, Shigella flexneri  Yersinia pestis, Yersinia enterocolitica, Yersinia pseudotuberculosis

FATTORI DI VIRULENZA COMUNI ASSOCIATI ALLE ENTEROBACTERIACEAE • • • • •

ENDOTOSSINA CAPSULA VARIAZIONE DI FASE ANTIGENICA SEQUESTRO DI FATTORI DI CRECITA RESISTENZA ALL’UCCISIONE MEDIATA DAL SIERO • RESISTENZA ANTIMICROBICA

ENDOTOSSINA (LPS) (antigene O)

RISCONTRATO IN TUTTI I BATTERI GRAM-NEGATIVI AEROBI ED IN ALCUNI ANAEROBI

specifico

Ag K (Vi) Ag R

Core

Costante

Lipide A

Porzione tossica

MANIFESTAZIONI SISTEMICHE DOVUTE ALL’ENDOTOSSINA • • • • • • • • •

ATTIVAZIONE DEL COMPLEMENTO RILASCIO DI CITOCHINE LEUCOCITOSI TROMPOCITOPENIA COAGULAZIONE INTRAVASALE DISSEMINATA FEBBRE DIMINUITA CIRCOLAZIONE PERIFERICA SHOCK MORTE

CAPSULA • PROTEZIONE DALLA FAGOCITOSI GRAZIE AGLI ANTIGENI CAPSULARI IDROFILICI • ANTIGENI CAPSULARI: DEBOLI IMMUNOGENI E DEBOLI ATTIVATORI DEL COMPLEMENTO

Antigenic Structure of Enterobacteriaceae (K Ag)

VARIAZIONE DI FASE • ANTIGENE CAPSULARE K • ANTIGENE FLAGELLARE H

PROTEZIONE DEL BATTERIO DALLA MORTE CELLULARE ANTICORPOMEDIATA

SISTEMI DI SECREZIONE DI TIPO III • SISTEMA EFFETTORE PER RILASCIARE I GENI DELLA VIRULENZA IN CELLULE EUCARIOTICHE BERSAGLIO • MECCANISMO DI INTRODUZIONE COMUNE • ASSENZA: PERDITA DI VIRULENZA

SEQUESTRO DI FATTORI DI CRESCITA SIDEROFORI -ENTEROBACTINA -AEROBACTINA

RESISTENZA AL KILLING SIERICO • BATTERI VIRULENTI • INIBIZIONE LISI COMPLEMENTOMEDIATA (FATTORI POCO DEFINITI)

RESISTENZA ANTIMICROBICA • PASMIDI TRASFERIBILI • TRASMISSIONE TRA:  BATTERI DELLA STESSA SPECIE  GENERI  FAMIGLIE DI BATTERI

CLASSIFICAZIONE DEI CEPPI PATOGENI DI E. coli CLASSIFICAZIONE SIEROLOGICA: Basata sulla reattività delle molecole della superficie batterica con vari anticorpi. • ANTIGENE “O” dell’LPS (lipopolisaccaride) identifica il SIEROGRUPPO del ceppo. • ANTIGENE “H” del flagello identifica il SIEROTIPO. • ANTIGENE CAPSULARE “K” (variazione di fase)

CLASSIFICAZIONE DEI CEPPI PATOGENI DI E. coli CLASSIFICAZIONE BASATA SUI FATTORI DI VIRULENZA: MODALITA’ E FATTORI IMPLICATI NELL’ADESIONE ALLE CELLULE, ALLA PRODUZIONE DI TOSSINE… FATTORI PRESENTI SU ELEMENTI GENETICI MOBILI

CEPPI PATOGENI DI E. coli • ETEC: ENTEROTOSSIGENI • EAggEC: ENTEROAGGREGANTI • EPEC: ENTEROPATOGENI • EHEC: ENTEROEMORRAGICI • EIEC: ENTEROINVASIVI • DAEC: DIFFUSAMENTE ADERENTI

PARTICOLARI FATTORI DI VIRULENZA ASSOCIATI CON E.coli • ADESINE: - Antigeni del fattore di colonizzazione CFA/I, CFA/II e CFA/III - Fimbrie di aderenza aggreganti AAF/I e AAF/II - Proteine formanti fasci (Bfp) - Intimina - Pili P - Proteina Ipa - Fimbrie Dr • -

ESOTOSSINE: Tossine stabili al calore STa e STb Tossina Shiga Stx-1 e Stx-2 Emolisina HlyA Tossine labili al calore LT-I e LT- II

EPIDEMIOLOGIA • BACILLO GRAM-NEGATIVO PIU’ COMUNEMENTE ISOLATO IN PZ AFFETTI DA SETTICEMIA • RESPONSABILE DELL’80% DELLE INFEZIONI URINARIE E DEL > N. DI INFEZIONI NOSOCOMIALI • PRINCIPALE CAUSA DI GASTROENTERITI NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO LA MAGGIOR PARTE DELLE INFEZIONI SONO ENDOGENE CON L’ECCEZIONI DELLE MENINGITI NEONATALI E DELLE GASTROENTERITI

SINDROMI CLINICHE ►SETTICEMIA ►INFEZIONI DEL TRATTO URINARIO ►MENINGITI NEONATALI ►GASTROENTERITI ►ALTRE AFFEZIONI

SETTICEMIA • ORIGINE: - INFEZIONI DEL TRATTO URINARIO E GASTROENTERICO • MORTALITA’ - ELEVATA IN PZ IMMUNODEPRESSI E CON INFEZIONI INTRA-ADDOMINALI O DEL SNC

INFEZIONI DEL TRATTO URINARIO • • • -

ORIGINE: COLON PER LA > PARTE ASCENDENTI ASSOCIATE A SPECIFICI SIEROTIPI: Particolarmente virulenti Produttori di f) adesine (pili P, AAF/I, AAF/III e Dr) g) Emolisina HlyA

Ascending urinary tract infection

MENINGITI NEONATALI • NEONATI DI ETA’ INFERIORE AD 1 MESE • INFEZIONE ESOGENA intra partum • IL 75% DEI CEPPI DI E. coli POSSIEDE L’ANTIGENE CAPSULARE K1.

ALTRE INFEZIONI OCCASIONALI • INFEZIONI (ENDOGENE) DEL DISTRETTO ADDOMINALE: - VIE BILIARI - APPENDICE ILEOCECALE - PERITONEO • AFFEZIONI RESPIRATORIE: - BRONCHITI DA SOLA O IN ASSOCIAZIONE AD ALTRI BATTERI

GASTROENTERITI CAUSATE DAI SEGUENTI CEPPI DI E. coli SUDDIVISI IN 6 GRUPPI: • ETEC: ENTEROTOSSIGENI • EAggEC: ENTEROAGGREGANTI • EHEC: ENTEROEMORRAGICI • EIEC: ENTEROINVASIVI • DAEC:DIFFUSAMENTE ADERENTI • EPEC: ENTEROPATOGENI

GASTROENTERITI DA ETEC: E. coli ENTEROTOSSIGENI • SITO D’AZIONE: INTESTINO TENUE • MALATTIA - DIARREA INFANTILE NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO - DIARREA DEL VIAGGIATORE • TRASMISSIONE INGESTIONE DI ALIMENTI O ACQUA CONTAMINATA DA FECI

MANIFESTAZIONI CLINICHE • DIARREA DOPO 1-2 GIORNI DI INCUBAZIONE E DI DURATA DI 3-4 GIORNI • SINTOMI: - CRAMPI, NAUSEA, VOMITO, E DIARREA ACQUOSA. NON CI SONO ALTERAZIONI DELLA MUCOSA INTESTINALE E INFIAMMAZIONE.

PATOGENESI • 2 CLASSI DI ENTEROTOSSINE: - TOSSINE TERMOLABILI (LT-I E LT-II) LT-II NON E’ ASSOCIATA A MALATTIE NELL’UOMO - TOSSINE TERMOSTABILI (STa E STb) STb NON E’ ASSOCIATA A MALATTIE NELL’UOMO

I GENI CHE CODIFICANO LT-I E STa SI TROVANO SU PLASMIDI TRASFERIBILI E POSSONO ANCHE PORTARE I GENI CHE CODIFICANO PER LE ADESINE (CFA/I, CFA/II E CFA/III) I RECETTORI PER QUESTI FATTORI DI COLONIZZAZIONE SONO GLICOPROTEINE

Composition of subunits of enterotoxins

A B

LT Tossina termolabile

BGM1

Attività ADP-ribosilante (colera)

Ganglioside (GM1) A2

A1

membrana

Stipiti ETEC

citoplasma

NAD ADPr + nicotinamide

attivazione adenilato-ciclasi ATP

AMPc

Secrezione H2O ed elettroliti

AMPc AMPc AMPc AMPc

Cellule dell’epitelio intestinale

ST

Tossina termostabile recettore GC: guanilato-ciclasi Stipiti ETEC

GTP

cGMP

Attivazione delle chinasi alterato trasporto di ioni NA CL

Stimolazione sintesi cGMP

GASTROENTERITI DA EIEC: E. coli ENTEROINVASIVI • SITO D’AZIONE: INTESTINO CRASSO • MALATTIA NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO CARATTERIZZATA INIZIALMENTE DA DIARREA ACQUOSA • RARAMENTE FORMA DISSENTERICA • TRASMISSIONE INGESTIONE DI ALIMENTI O ACQUA CONTAMINATA DA FECI

MANIFESTAZIONI CLINICHE • -

SINTOMI: FEBBRE, CRAMPI E DIARREA ACQUOSA FORMA DISSENTERICA: EMISSIONE DI FECI SANGUINOLENTE INFILTRAZIONE INFIAMMATORIA DELLA MUCOSA INTESTINALE CON POSSIBILE ULCERAZIONE DEL COLON

PATOGENESI INVASIONE E DISTRUZIONE PLASMIDEMEDIATE DELLE CELLULE DI RIVESTIMENTO DEL COLON GENI pInv, PORTATI DA PLASMIDE, MEDIANO L’INVASIONE DEL COLON

STIPITI EIEC E.coli

Intestino crasso

I batteri invadono le cellule della mucosa (crasso) vengono inglobate da un vacuolo, si moltiplicano all’interno della cellula

Diffusione cellcell Distruzione dei tessuti. reazione infiammatoria

GASTROENTERITI DA EHEC: E. coli ENTEROEMORRAGICI • SITO D’AZIONE: INTESTINO CRASSO • -

MALATTIA NEI PAESI INDUSTRIALIZZATI: LIEVE DIARREA SENZA COMPLICAZIONI COLANGITE EMORRAGICA SINDROME UREMICA-EMOLITICA

• TRASMISSIONE CONSUMO DI CARNE DI MANZO MACINATA COTTA MALE, O DI ALTRI PRODOTTI BOVINI, DI ACQUA, LATTE NON PASTORIZZATO, SUCCHI DI FRUTTA CONTAMINATI CON FECI BOVINE, VEGETALI CRUDI E FRUTTA

• INCIDENZA - PIU’ ELEVATA NEI BAMBINI DI ETA’ INFERIORE AI 5 ANNI - SOPRATTUTTO NEI MESI CALDI • INCUBAZIONE 3- 4 GIORNI CON RISOLUZIONE DOPO 4-10 GIORNI SENZA TRATTAMENTO

MANIFESTAZIONI CLINICHE • COLITE EMORRAGICA: FORTI CRAMPI ADDOMINALI, INIZIALE DIARREA ACQUOSA, SEGUITA DA DIARREA SANGUINOLENTA; POCA O ASSENTE LA FEBBRE • SINDROME UREMICA-EMOLITICA INSUFFICIENZA RENALE ACUTA , TROMBOCITEMIA E ANEMIA EMOLITICA MICROANGIOPATICA

SINDROME UREMICA-EMOLITICA • COMPLICAZIONE NEL 10% DEI RAGAZZI INFETTI DI ETA’ INFERIORE AI 10 ANNI • 3-5% DI MORTALITA’ • 30% GRAVI SEQUELE INSUFFICIENZA RENALE, IPERTENSIONE, MANIFESTAZIONI SNC

PATOGENESI • TOSSINE SHIGA: ST-1 E ST-2 - INDUCONO LESIONI A/E - POSSIEDONO UN PLASMIDE DI 60 MDa CHE TRASPORTA GENI PER ALTRI FATTORI DI VIRULENZA - ST-1 ESSENZIALMENTE UGUALE ALLA TOSSINA SHIGA (S. dyssenteriae) - ST-2 60% DI OMOLGIA - ENTRAMBE SONO CODIFICATE DA BATTERIOFAGI LISOGENI PRINCIPALMENTE SIEROTIPO O157:H7

Tossina shiga-like

Stx GB

A

globotriosilceramide

Vescicola endocitosica

Stipiti enteroemorragici EHEC

lisosomi A1

A2

A1: frammento attivo Legame al ribosoma e distacco di una adenina a livello dell’RNA r (28S)

Blocco sintesi proteica MORTE

SINDROME UREMICA-EMOLITICA ASSOCIATA A PRODUZIONE DI Stx-2 CON CONSEGUENTE DISTRUZIONE DELLE CELLULE ENDOTELIALI DEL GLOMERULO

• DIMINUZIONE DELLA FILTRAZIONE GLOMERULARE • INSUFFICIENZA RENALE ACUTA

GASTROENTERITI DA EAEC: E. coli ENTEROAGGREAGANTI • SITO D’AZIONE: INTESTINO TENUE • MALATTIA NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO: DIARREA ACQUOSA PERSISTENTE ASSOCIATA A VOMITO, DISIDRATAZIONE E FEBBRE LIEVE SPECIE NEI NEONATI

PATOGENESI • ADESIONE AGGREGANTE MEDIATA DA FIMBRIE AGGREGANTI DI ADERENZA (AAF/I E AAF/II) PORTATE DA UN PLASMIDE • ACCORCIAMENTO DEI MICROVILLI • INFILTRAZIONE MONONUCLEATA ED EMORRAGICA • ASSORBIMENTO DIMINUITO DEI FLUIDI

GASTROENTERITI DA DAEC: E. coli DIFFUSAMENTE ADERENTI • SITO D’AZIONE: INTESTINO TENUE • MALATTIA: DIARREA ACQUOSA IN BAMBINI IN ETA’ COMPRESA FRA 1 E 5 ANNI

PATOGENESI • ALLUNGAMENTO DEI MICROVILLI • INGLOBAMENTO DEI BATTERI NELLA MEMBRANA CELLULARE

GASTROENTERITI DA EPEC: E. coli ENTEROPATOGENI • SITO D’AZIONE: INTESTINO TENUE • MALATTIA: - DIARREA INFANTILE NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO; FEBBRE, NAUSEA, VOMITO E FECI NON SANGUINOLENTE (DURATA:14 g) - DIARREA DEL VIAGGIATORE NEGLI ADULTI • TRASMISSIONE ACQUA O ALIMENTI CONTAMINATI

PATOGENESI • EAF (EPEC ADHERENCE FACTOR): CODIFICATO DA PLASMIDE ED ESSENZIALE PER L’ADESIONE • Bfp • INTIMINA • SISTEMA DI SECREZIONE DI TIPO III • ALTRI FATTORI DI VIRULENZA

BFP

EPEC EPEC EPEC

EPEC

ADESIONE DI EPEC ALLE CELLULE OSPITI - ADERISCONO ALLA MUCOSA INTESTINALE (INTESTINO TENUE) PRODUCENDO UNA DRAMMATICA ALTERAZIONE NELL’ULTRASTRUTTURA CELLULARE. SONO INVASIVI E DANNO ORIGINE AD UNA MASSIVA RISPOSTA INFIAMMATORIA.

LESIONI TIPICHE - (A/E) ATTACHING AND EFFACING • DISTRUZIONE E PERDITA DEI MICROVILLI • INTIMA ADESIONE ALLA CELLULA INTESTINALE • FORMAZIONE DI UNA STRUTTURA A “PIEDISTALLO”

RIDOTTO ASSORBIMENTO INTESTINALE

ALTERAZIONI DELL’EQUILIBRIO IDROELETTROLITICO

DIARREA

MODELLO DI PATOGENESI DI EPEC: 4 STADI I STADIO EPEC ESPRIME: 1. BFP: BUNDLE-FORMING PILI 2. INTIMINA 3. EsPA: Struttura filamentosa per contattare la cellula ospite.

II STADIO • EPEC ADERISCE ALLA CELLULA TRAMITE Bfp E EspA UN SISTEMA DI SECREZIONE DI TIPO III TRASLOCA TIR (Recettore per l’intimina ed altre MOLECOLE EFFETTRICI)

ATTIVAZIONE SEGNALI CELLULARI • ALTERAZIONI DEL CITOSCHELETRO • DEPOLIMERIZZAZIONE ACTINA • PERDITA MICROVILLI • TIR MODIFICATIONS

III STADIO • I FILAMENTI EspA VENGONO PERSI • LEGAME INTIMINA/TIR • ACCUMULO DI ACTINA E COMPONENTI DEL CITOSCHLETRO

IV STADIO 1. FORMAZIONE PIEDISTALLO 2. MOLECOLE EFFETTRICI: • DISTRUZIONE DEI PROCESSI CELLULARI

PERDITA GIUNZIONI CELLULARI E FUNZIONI MITOCONDRIALI PERDITA DI ELETTROLITI MORTE CELLULARE

LOCUS OF ENTEROCYTE/EFFACEMENT (LEE) ISOLA DI PATOGENICITA’ (CIRCA 35 Kb) ALL’INTERNO DEL CROMOSOMA DI EPEC, CONTENENTE GENI CHE INDUCONO LESIONI A/E. • • • •

TTSS: SISTEMA DI SECREZIONE DI TIPO III MOLECOLE EFFETTRICI INTIMINA TIR

INTIMINA • • •

CODIFICATA DAL GENE eae PROTEINA DELLA MEMBRANA ESTERNA FUNZIONI: INTIMA ADESIONE ALLA CELLULE EPITELIALI, RIORGANIZZAZIONE DEL CITOSCHELETRO, VIRULENZA • DIFFERENZE IN ANTIGENICITA’ E SEQUENZE (9 SOTTOTIPI ----DIVERSO TROPISMO) • FAMIGLIA DI ADESINE CORRELATE ALLE INVASINE DI Y.enterocolitica E Y. pseudotuberculosis.

CARATTERISTICHE DELL’INTIMINA EPEC

C-TERMINAL DOMAIN: • VARIABILE • EXTRACELLULARE • RICONOSCIMENTO RECETTORE

N-TERMINAL DOMAIN: • CONSERVATO • M. ESTERNA • LIKE-PORINE Ig- like domains

Lectin- like domain

RECETTORE PER L’INTIMINA (TIR) • • •

TRASPORTATO DA TTSS NEL CITOPLASMA DELLA CELLULA OSPITE, FOSFORILATO, INSERIMENTO SULLA MEMBRANA STRUTTURA A LOOP: 2 DOMINI TRANSMEMBRANA CHE TERMINANO NEL CITOPLASMA DELLA CELLULA OSPITE LOOP EXTRACELLULARE: DOMINIO DI BINDING PER L’INTIMINA

ATTIVAZIONE DEI SEGNALI CHE DETRMINANO LA FORMAZIONE DI ACTINA E ASSEMBLAGGIO

FOSFORILAZIONE TIR: TIROSINA 474 E 454 (CHINASI CELLULARI) N-WASP: PROTEINA NEURONALE DELLA SINDROME DI WISKOTT-ALDRICH Arp2/3: COMPLESSO ACTIN RELATEDPROTEIN 2 E 3 CHE STIMOLA LA FORMAZIONE DI FILAMENTI DI ACTINA (ASSEMBLAGGIO)

MA… A COSA SERVE L’ACTINA? • FORMAZIONE DEL PIEDISTALLO • ABILITA’ DI EPEC DI COLONIZZARE L’INTESTINO • MALATTIA (DIARREA DA MALASSORBIMENTO)