Enterobacteriaceae
La famiglia delle Enterobacteriaceae comprende una grande varietà di
bastoncini Gram-negativi aerobi e anaerobi facoltativi, asporigeni,
ossidasi negativi, dotati di caratteristiche morfologiche e
colturali comuni. (32 generi, 120 specie)
Enterobacteriaceae Morfologia e generalità
Le dimensioni medie sono di 3 x 0,5 micron con lunghezza molto variabile, da forme bastoncellari,
a volte molto corte, a forme filamentose. Possono essere mobili per flagelli peritrichi e
produrre capsula o esopolisaccaridi.
Enterobacteriaceae Habitat
Gli enterobatteri si ritrovano comunemente nel tratto intestinale dell'uomo e degli animali, ma sono talora presenti, come semplici colonizzatori, sulla cute, nell'apparato genitale femminile e nell'albero tracheo-bronchiale. Data la preminente localizzazione intestinale di questi microorganismi, la presenza di E. coli è assunta quale indice di contaminazione fecale delle acque
Enterobacteriaceae Crescita
Crescono con facilità nei terreni di coltura complessi o selettivi (Agar desossicolato-citrato, eosina-blu di metilene). Al fini identificativi possono essere utili i terreni differenziali quali il McConkey che permette di discriminare i ceppi fermentanti il lattoso (es. E. coli) da quelli privi di ß-galattosidasi.
Enterobacteriaceae
struttura antigenica
150 Ag somatici O 100 Ag capsulari K
+ di 50 Ag flagellari H
H flagelli
O LPS K (Vi) capsula
Enterobacteriaceae Antigenicità e patogenicità
capsula
La patogenicità degli enterobatteri è strettamente legata alla struttura antigenica della parete cellulare che contiene tre categorie principali di antigeni. La sostanza K, di natura polisaccaridica, circonda il germe e rappresenta nel genere Klebsiella la base per la suddivisione in sierotipi. La sua localizzazione periferica può mascherare gli antigeni sottostanti e quindi falsare le prove di agglutinazione utilizzate per la diagnosi sierologica. Compito principale di questa struttura capsulare è quello di eludere la fagocitosi e la successiva attivazione del complemento.
Enterobacteriaceae Antigenicità e patogenicità
Enterotossina
L’antigene somatico 0, di natura polisaccaridica, è identificabile con l'endotossina la cui parte attiva, di natura lipidica (lipide A), affonda nel corpo batterico ed è causa delle manifestazioni generali comuni a tutti i Gram-negativi quali febbre, leucopenia, attivazione della cascata del complemento, coagulazione intravascolare disseminata, shock.
Enterobacteriaceae Antigenicità e patogenicità
Antigeni
Gli antigeni proteici H, flagellari, sono deputati alla mobilità. Nelle specie uropatogene questo
carattere viene considerato importante per l’invasività e la possibile risalita al parenchima
renale. Fimbrie o pili (P) che iniziano la colonizzazione in distretti specifici e la produzione di proteine che, trasportate
all'esterno della cellula, manifestano attività cito- ed entero-tossiche.
Enterobacteriaceae
Antigenicità e patogenicità Sequestro di fattori di crescita
La capacità di chelare il ferro attraverso la sintesi di enzimi con altissima affinità per
questo cofattore favorisce la sopravvivenza e lo sviluppo delle Enterobacteriaceae nelle
possibili fasi invasive. Questi microorganismi liberano i siderofori (enterobactina e
aerobactina) che si contrappongono alla transferrina e lattoferrina del siero). Il ferro
può essere liberato da cellule uccise con enzimi litici.
Patogenicità
La sostanza K: di natura polisaccaridica compito di eluderela fagocitosi e la successiva attivazione del complemento.
L’antigene somatico O: di natura polisaccaridica, è identificabile con l'endotossina.
Gli antigeni proteici H: flagellari, sono deputati alla mobilità.
Pili (P): iniziano la colonizzazione in distretti specifici e la produzione di proteine che, trasportate all'esterno della cellula, manifestano attività cito- ed entero-tossiche.
Enterobacteriaceae enterotossine
• LT : A-B ADP-ribosilante +++ AMPc
• ST +++cGMP alterazione trasporto ionico escrezione liquidi +++
• SLT: A-B stacca un adenina4324 in rRNA 28S sintesi proteica
Fattori di virulenza
Enterobacteriaceae emolisine
Emolisine spesso associate a m.i. con fimbrie P
e emolisine
Fattori di virulenza
Escherichia coli
Bacilli G- Aerobi/anaerobi facoltativi Fattori di patogenicità: Adesine colonizzazione mucose flagelli motilità siderofori cattura nutrienti capsula blocco fagocitosi LPS endotossina citossine veleni responsabili della sintomatologia
E. coli
Alcuni ceppi di E. coli, in particolare quelli provvisti di polisaccaride capsulare KI, sono tra i maggiori responsabili di meningiti neonatali, presentando analogie di struttura e patogenesi con altri agenti eziologici quali lo Streptococco di gruppo B (S. agalactiae), N. meningitidis e H. influenzae
E. coli
E.coli può anche comportarsi da patogeno opportunista, specie in ambito nosocomiale, sostenendo infezioni delle vie respiratorie,
dell'apparato urogenitale sia nel maschio che nella femmina ed inoltre peritoniti, osteomieliti,
artriti, sepsi, ecc.. Tali quadri sono favoriti sia da una diminuita sorveglianza da parte delle
difese dell'ospite, sia dalla circolazione di ceppi particolarmente virulenti.
Escherichia coli
E’ il patogeno opportunista più frequente, rappresentando circa il
25% dei ceppi che vengono identificati e saggiati nell'antibiogramma.
E’ l’agente eziologico dell'80-90% delle infezioni delle vie urinarie in
ambito comunitario.
Enterobacteriaceae Escherichia coli
Enterotossigeni (ETEC)
Enteropatogeni (EPEC)
Enteroinvasivi (EIEC)
Enteroemorragici (EHEC)
Enteroadesivi (EAEC)
Enterobacteriaceae ETEC
La prima fase: colonizzazione epitelio intestinale (plasmide trasferibile = adesine tossine).
ETEC responsabili di sindromi diarroiche dovute alla produzione di enterotossine termolabili e termostabili. Aumentano i livelli intracellulari di AMP-ciclico o di GMP-cilcico, con richiamo di liquidi ed elettroliti nel lume intestinale.
L’infezione è caratterizzata da diarrea acquosa e crampiforme (diarrea del viaggiatore)
Enterobacteriaceae EPEC
È responsabile di diarrea con febbre e leucocitosi nei neonati. La malattia è dovuta a geni plasmidici che codificano per un particolare fattore di adesività e geni cromosomici che dominano la sintesi di una intima capce di rafforzare l’adesione dei patogeni alla superficie degli enterociti. Il risultato è la scomparsa di microvilli ed il riarrangiamento del citoscheletro (A/E attachment/effacement), fenomeni che conducono ad una diarrea che può anche cronicizzare.
Enterobacteriaceae EIEC
I ceppi EIEC provocano una sintomatologia simile a quella presente nella dissenteria bacillare sostenuta da Shigella. Il meccanismo patogenetico è infatti analogo, con invasione degli enterociti e moltiplicazione intracellulare di E. coli cui conseguono lesioni necrotico-emorragiche della mucosa. La sintomatologia comprende pertanto diarrea mucosanguinolenta, febbre, compromissione dello stato generale e presenza di leucociti nelle feci.
Enterobacteriaceae EHEC
Ceppi enteroemorragici (EHEC), sono produttori di una tossina citotossica simile a quella sintetizzata da Shigella che inibisce la sintesi proteica. Dopo una iniziale fase di adesione del germe alla mucosa, la tossina determina una vera e propria colite emorragica non accompagnata da febbre. L’eventuale passaggio in circolo della tossina può determinare la sindrome emolitico-uremica provocando danni al letto vascolare del rene. Il principale serbatoio è rappresentato da alimenti provenienti da animali contaminati: carni macinate mal cotte e latte crudo (0157:H7)
Enterobacteriaceae EAEC
C I microorganismi di tipo EAEC attualmente si distinguono solo per la
capacità di aderire in vitro a cellule diploidi ed in vivo agli enterociti, provocando diarrea acquosa con
tendenza alla cronicizzazione.
Enterobacteriaceae Acquisizione dei patogeni
Via ascendente: dall’esterno sino al rene
Via ematogena o discendente: da setticemie
Via linfatica
Enterobacteriaceae Fattori che influenzano l’instaurarsi di una IVU
Malattia di base
Malattie metaboliche, ostruttive e iatrogene
Cateteri
Rapporti sessuali, che promuovono il reflusso vescicale nella donna, malformazioni, urolitiasi, ipertrofia prostatica.
L’ampia diffusione di questa patologia da E. coli è sostenuta da pochi sierotipi, circa 10, sugli oltre 150 riconoscibili in base a tipizzazione degli antigeni 0, H e K.
Enterobacteriaceae Escherichia coli
Se dotati di fimbrie P i batteri possono progredire e causare infezioni di notevole
gravità del parenchima renale (pielonefriti). I sintomi, quando presenti
(è frequente anche una "batteriuria asintomatica"), sono costituiti da:
pollachiuria (frequente), stranguria (dolorosa)e, in caso di infezione delle alte vie si aggiungono febbre e dolore in sede
lombare.
Enterobacteriaceae
Con l’eccezione della mucosa
uretrale le vie urinarie sono resistenti
alla colonizzazione
Il glucosamminoglicano che è
distribuito sugli epiteli inibisce
l’adesività
Enterobacteriaceae
Spiccate proprietà adesive alle cellule uroepiteliali e vaginali
Presenza di fimbrie (codificate dal cromosoma)
Molte adesine sono resistenti al mannoso
Alcuni microorganismi aderiscono con strutture diverse dalle fimbrie
I ceppi isolati da IVU sono più invasivi di quelli isolati dalle feci
Enterobacteriaceae
I ceppi uropatogeni dispongono come fattori di virulenza , oltre a quelli già
citati e comuni agli enterobatteri, di una citotossina con attività anche emolitica
(-emolisina) e di siderofori (aerobactina) che provvedono
all'indispensabile sequestro del ferro in un ambiente che ne contiene poco.
MANIFESTAZIONI CLINICHE DI KLEBSIELLA PNEUMONIAE
K.pneumoniae si distingue dagli altri enterobatteri per essere assolutamente immobile. In compenso essa sintetizza una cospicua capsula che conferisce alle colonie un aspetto mucoso su terreni di coltura solidi e costituisce la base della tipizzazione degli oltre 80 sierotipi (antigene K). Ospitata, come i precedenti microorganismi, nel tratto intestinale essa è ugualmente causa di infezioni delle vie urinarie di natura per lo più comunitarie.
K. pneumoniae
A livello ospedaliero K. pneumoniae esprime tutta la sua potenziale patogenicità. L’acronimo K.E.S.
(Klebsiella, Enterobacter-, Serratia) definisce infatti un gruppo di patogeni accomunati dalla prevalente
diffusione nosocomiale e dalla difficoltà di eradicazione. K.pneumoniae come altri germi
capsulati (emofili, pneumococchi) causa polmoniti lobari, favorite da situazioni quali alcolismo,
broncopneumopatie croniche ostruttive, deficit immunitari. A partenza dal foci urinari o
respiratori può evolvere verso sepsi o meningiti.
Proteus mirabilis
Questo bastoncino dallo spiccato pleomorfismo si distingue per la sua capacità di sciamare sul terreni di coltura ricoprendo tutti gli altri batteri con una patina che lo rende subito riconoscibile. Non fermenta il lattoso ed è un forte produttore di ureasi. P.mirabilis colonizza normalmente il tratto intestinale dell'uomo e, al pari di E. coli, può determinare infezioni delle vie urinarie, specie in ambito comunitario.
MANIFESTAZIONI CLINICHE DI
PROTEUS MIRABILIS
Fattori di virulenza: i flagelli, i pili e l'attività ureasica che determina alcalinizzazione delle
urine, la formazione di calcoli di fosfato-ammonico-magnesiaco che, comportandosi come
corpi estranei, diminuiscono le difese locali e proteggono dall'azione degli antibiotici. Altra
specie di frequente isolamento, ma più spesso in ambito nosocomiale, è P. vulgaris, che si
diversifica da P.mirabilis per la capacità di produrre indolo. Il germe dimostra inoltre più spiccata chemioresistenza. E’ causa di infezioni
delle vie urinarie, setticemie, infezioni addominali e sovrainfezioni di ferite ed ustioni.
Salmonella
S.typhi, S.paratyphi, S.choleraesuis, S.typhimurium, S.enteritidis, ecc.
Agente eziologico dell’enterite, setticemia, febbre enterica.
Ingestione> superamento dello stomaco e arrivo nell’interstino
L’adesione (cellule M) del batterio (inv) ai microvilli causa riarrangiamento dell’actina, ingresso con meccanismo di endocitosi. Replicazione rapida nelle cellule e uccisione, (placche di Peyer) quindi invasione dei macrofagi.
Salmonella
La salmonella è ingerita con alimenti ecc. passa indenne attraverso lo stomaco
perché ha un sistema genetico (ATR) di resistenza agli acidi. Raggiunge le cellule M (microfold) dell’intestino ove stimola
la endocitosi, le supera e viene a contatto con i macrofagi. Sfugge alla fagocitosi e
viene portata in circolo attraverso il sistema linfatico e quindi nel circolo
ematico.
Salmonella
Presente in quasi tutti gli animali,
Contagio oro-fecale, pollame, uova, prodotti caseari, cibi poco cotti o manipolati da persone infette
La carica infettiva varia con il variare delle persone da <1000 organismi a oltre 10 milioni
Dopo ingestione (13 giorni incub.) >>febbre, +-diarrea, da intestino, linfat. noduli mesenterici, circ. sangue
isolabile da sangue, feci, urine
Vi sono portatori sani
Salmonella
caratteri di patogenicità
•Resistenza agli acidi (ATR)
•Mobilità
•Resistenza ai fattori intestinali antimicrobici dell’ospite
•Induzione di segnali sulle cellule epiteliali
Ruffling della membrana
endocitosi
secrezione IL8
•Sopravvivenza nei macrofagi (catalasi, superossidismutasi)
Entrata e formazione di spazio nei fagosomi
Ritardo ed attenuazione dell’acidificazione
Shigella
S.dysenteriae, S.sonnei, S.flexneri e S.boydii Trasmissione orofecale, cotaminazioni, bimbi. Bastano 200 cellule per dare infezione, cond. Sanit. Cellule bersaglio: mucosa del colon. Geni della virulenza localizzati su un grande plasmide regolati da geni cromosomici. Adesione cellule M, lisano i vacuoli, si replicano nel citoplasma. Invadono altre cellule adiacenti, sono eliminate dai macrofagi. La fase intracellulare protegge.
Le shigelle non essendo in grado di accedere all’interno degli enterociti
della mucosa del colon, attraverso la membrana apicale di tali cellule,
guadagnano l’accesso alla sottomucosa attraverso le cellule M per
transcitosi. I pochi batteri che arrivano alla sottomucosa vengono
prontamente fagocitati dai macrofagi residenti nella sottomucosa. 40
Shigella
Produce una tossina, subunità A e cinque B. Le sub. B si legano ad un glicolipide (Gb3) favorendo l’ingresso di A. Questa taglia rRNA 28S della sub rib. 60S. Legame t-RNA, blocco sintesi proteica. Sintomi dopo 3 giorni, diarrea sanguinolenta e pus, crampi addominali, infezione autolimitante ma trattamento antibiotico. Rari i portatori sani.
Enterobacteriaceae Classificazione
Svariati sono gli schemi tassonomici utilizzati per incasellare le numerose specie, generi e tipi di enterobatteri. Si differenziano con test colturali e biochimici nonchè metodi sierologici.
Bastoncini gram-negativi
Fermentano il glucoso
Riducono i nitrati
Test ossidasi negativo (p-feniletilendiamina)
DIAGNOSI MICROBIOLOGICA
Partendo da campioni clinici congrui alle varie sedi di infezione l'identificazione delle diverse specie di enterobatteri non presenta particolari difficoltà. L’aspetto delle colonie, su terreni indicatori o selettivi, risulta caratteristico; l'idrolisi del lattosio, l'eventuale sciamatura, l'aspetto mucoso delle colonie possono consentire già dal primo isolamento una diagnosi presuntiva. La successiva identificazione attraverso gallerie biochimiche miniaturizzate permette di raggiungere agevolmente una speciazione.
Enterobacteriaceae Diagnosi microbiologica
Isolamento da campioni di infezioni localizzate
Terreni selettivi o non, dipende dal campione
Arricchimento a freddo per Yersinia
Identificazione mediante prove biochimiche e sierologiche
Terapia, spesso per infezioni nosocomiale richiesto l’antibiogramma
DIAGNOSI MICROBIOLOGICA
La tipizzazione del ceppi di E. coli causa di diarrea (,EPEC, ETEC, EIEC, EHEC, e EAEC già descritti) pone problemi più complessi che sono di solito affrontati in centri specializzati. Superati i metodi sierologici, sono divenute attualmente disponibili sonde genetiche estremamente specifiche ma costose che permettono di abbreviare notevolmente i tempi delle indagini e che sono preziose ai fini epidemiologici.
APPROCCIO TERAPEUTICO
In presenza di una patologia sostenuta da Enterobacteriaceae s'impone, specie nelle infezioni nosocomiali, una terapia guidata dall'antibiogramma. L’incidenza di resistenze sconsiglia infatti un approccio empirico poichè tra questi patogeni è frequente lo scambio di informazioni plasmidiche che veicolano numerosi geni capaci di conferire refrattarietà a più antibiotici contemporaneamente.
APPROCCIO TERAPEUTICO
In Italia, i dati epidemiologici confermano una diminuita attività di alcuni ß-lattamici dato il larghissimo impiego clinico di cui ha goduto questa classe di antimicrobici. L’analisi dell'ampicillino-resistenza (circa il 45%) e il suo superamento, anche se non totale, da parte di associazioni con inibitori suicidi, permette di confermare che il meccanismo alla base di questo fenomeno è l'acquisizione di una ß-lattamasi plasmidica.
APPROCCIO TERAPEUTICO
Il ricorso a molecole intrinsecamente stabili all'azione delle ß-lattamasi quali le cefalosporine di terza generazione, i carbapenemici, gli aminoglicosidi e i fluorochinoloni appare giustificato in infezioni sistemiche nosocomiali gravi quando l'urgenza clinica non consenta di mirare la terapia.
In ambito comunitario le refrattarietà rimangono a tutt'oggi di gran lunga meno incidenti di quelle riscontrate in ambito nosocomiale.
APPROCCIO TERAPEUTICO
Appare ragionevole (infezioni delle vie urinarie non complicate) impostare una terapia empirica che consideri l'eziologia e l'epidemiologia locale, facendo ricorso a chemioterapici poco impiegati per via sistemica (cotrimossazolo, norfloxacina, fosfomìcina-trometamolo ecc.).
Raramente in E. coli e Proteus, più facilmente in K. pneumoniae possono essere elaborate ß-lattamasi insensibili agli inibitori suicidi ma superabili da parte di monobattamici, cefalosporine di terza generazione e carbapenemici.
APPROCCIO TERAPEUTICO
In K. pneumoniae ha iniziato a circolare anche nel nostro Paese una resistenza mediata da ß-lattamasi a spettro esteso capaci di idrolizzare anche le cefalosporine più recenti e i carbapenemici. In pazienti debilitati i batteri della popolazione microbica normale intestinale possono trasformarsi in temibili patogeni. Particolare attenzione va pertanto prestata al serbatoio delle infezioni ed alla prevenzione della trasmissione delle stesse, vista la facilità con cui le Enterobacteriaceae colonizzano le mani del personale sanitario e sopravvivono nel liquidi (umidificatori, soluzioni per terapia parenterale, ecc.)
APPROCCIO TERAPEUTICO
Sarà pertanto essenziale mantenere l'asepsi e l'igiene delle mani durante le terapie parenterali. Lo strumentarlo delle cateterizzazioni dovrà essere perfettamente sterilizzato. Per quanto riguarda la diarrea del viaggiatore, ai soggetti che si recano in zone a rischio sarà sufficiente consigliare le comuni misure igieniche preventive, ed eventualmente l'utilizzo di farmaci come il cotrimossazolo, rifaximina o i chinolonici.
Problematiche di resistenza agli antibiotici in
P.aeruginosa e nelle Enterobacteriaceae
Cefalosporinasi cromosomiche inducibili
TEM-1 resistenza alle penicilline antipseudomonas
PSE 1-4 -lattamasi plasmidiche
Adenil transferasi (resistenza all'amikacina)
Impermeabilità (resistenza a tutti gli aminoglicosidi)
Carbapenemasi
Mutazione nella porina OprD (imipenem-resistenza)
Resistenza alla ciprofloxacina (gyrA, parC)
Eflusso attivo (fluorochinoloni)
Murray et al., 1999; Westbrock et al., 1999; Jalal et al.,2000;Ciofu et al., 2001.