Premessa: in questo articolo saranno trattati gli aspetti microbiologici e non clinici degli enterobatteri.
Generalità: Gli enterobatteri comprendono un grande numero di batteri, 30 generi e 120 specie, con ancestore comune, da cui ereditano lo stesso genoma che regolano ed esprimono in modo diverso.
Hanno come habitat l’intestino umano e animale, e sono tutti a trasmissione oro fecale (ecc. yersinia).
Sono gram -, asporigeni, mobili per flagelli peritrichi o immobili, provvisti molto spesso di pili, aerobi-anaerobi facoltativi (eccetto yersinia ed erwina che riducono i nitrati a nitriti), catalasi + e ossidasi -.
Si differenziano dagli altri bacilli Gram – per l’assenza del citocromo C e per la capacità di fermentare glucosio in anaerobiosi con produzione di acidi o gas.
La tassonomia è complessa ed è parallela allo sviluppo di tecniche di sequenziamento genico (prima la tassonomia si basava sulla fermentazione).
I criteri di classificazione degli enterobatteri sono:
1) capacità di utilizzare particolari substrati come unica fonte di carbonio.
2) Presenza di particolari enzimi. (ureasi e b galattosidasi)
3) Produzione di specifici prodotti metabolici.
4) Capacità di fermentare particolari zuccheri.
Crescono nei terreni selettivi di McCunkey (non agar sangue). Nei terreni solidi le colonie in fase S hanno aspetto rotondeggiante e traslucido, consistenza cremosa e in 24 ore raggiungono 2-3mm, fanno eccezione le colonie di enterobacter, klebsiella e serratia che hanno colonie mucose, e Proteus che per la sua elevata mobilità si spande per tutta la superficie disponibile (colonie sciamanti).
Caratteri antigeni:
Antigene O: come tutti i Gram – presentano LPS, con la sua endotossina lipidica e la sua parte polisaccaridica che ne determina l’antigene. La composizione dell’antigene O, è complessa negli enterobatteri, che comunque hanno la parte più profonda (Antigene R) come scheletro comune, e le catene saccaridiche invece sono gli antigeni specifici per ogni ceppo, in alcuni casi c’è ne sono di diversi tipi all’interno dello stesso (antigene a mosaico); l’antigene R si appalesa nelle varianti rugose non più capaci di sintetizzare i polisaccaridi di rivestimento. È termostabile.
Antigene K: è costituito dalla capsula e rappresenta un determinante di virulenza notevole, infatti in sieri di anticorpi anti–O il batteri non si agglutinano, sia perché K maschera O, sia perché impedisce stericamente il legame per un anticorpo di due batteri. Non tutti gli enterobatteri lo possiedono. È termolabile
Antigene H: costituito, per i tipi che ne possiedono, dalle proteine flagellari (possono presentare 2 form: specifica e aspecifica). È termolabile.
Fattori di virulenza: capsula con proprietà antifagocitarie, endotossina (LPS), variazione di fase (Antigeni H e K espressi alternativamente per eludere il sistema immunitario), emolisine e siderofori per sequestrare fattori di crescita e ferro)
Azione patogena:
Sono coinvolti in una serie di manifestazioni diverse:
1) Infezioni sistemiche: sono dette febbri enteriche, e l’infezione dall’intestino diventa sistemica per via ematica o linfatica (tifo, paratifo). Le setticemie da enterobatteriacea originano dal tratto urinario e gastroenterico.
2) Infezioni a localizzazione intestinali: varie forme di enteriti o gastroenteriti, sono causate da Salmonella, Shigella e alcuni E. coli. i batteri che le causano si distinguono in invasivi e non, i primi si localizzano distalmente nell’intestino dove penetrano nella mucosa provocando alterazioni istologiche, senza produzione di enterotossine; i sintomi clinici sono di tipo dissenterico con diarrea a causa dell’aumentata secrezione digiunale; i batteri non invasivi, si localizzano nel tenue (ileo), producono enterotossina, influenzano la secrezione della mucosa senza però provocarne lesioni o alterazione istologica. Hanno azione simile al colera, provocano diarrea perché la capacità di assorbimento di acqua nel colon viene superata per l’aumentata secrezione nel tenue. Questo tipo di infezioni sono quasi esclusivamente esogene, come anche quelle sistemiche e derivano da cibi contaminati da materiale fecale.
3) Infezioni a localizzazione extraintestinale: sono nella maggior parte dei casi infezioni urinarie causate da E. coli. Si tratta di infezioni endogene sostenute da commensali innocui che arrivano in altre sedi. Negli ultimi anni si sono aggiunte infezioni nosocomiali o seguenti a manovre endoscopiche.
Escherichia coli:
Normalmente ospite aerobio facoltativo dell’intestino crasso umano (colonizzazione a macchia di leopardo); è capace di fermentare il lattosio, gli stipiti si dividono in molti sierotipi in base agli antigeni O (di cui se ne conoscono 170 diversi tipi) e nell’ambito di questi sulla base dei vari antigeni H e K. Se rilevato nelle acque (Colimetria) è indizio sicuro di contaminazione fecale. Terreno di coltura: sali biliari, cristal-violetto, lattoso. Quadri patologici sostenuti da e.coli:
1) Infezioni endogene delle vie urinarie sostenute da stipiti uro patogeni; questi sono produttori di emolisine e CNF-1 e sono dotati di particolari adesine;
2) Infezioni esogene (cibo contaminato) intestinali (enteriti), particolarmente gravi nell’infanzia, sostenute da stipiti enteritogeni, che a seconda del meccanismo patogeno si dividono in:
ETEC (enterotossigeni): meno grave del colera, sono gli agenti eziologici della “diarrea del viaggiatore” (crampi addominali e una febbre modesta che può avere esiti letali in caso di malnutrizione) e della diarrea infantile nei paesi in via di sviluppo; possiedono adesine specifiche per la mucosa intestinale del Tenue (K88 – K99) e due enterotossine, una termolabile (LT) (simile a quella colerica) che deregola la pompa di Sali negli enterociti per cui viene riversata nel lume intestinale una grande quantità di acqua con conseguente diarrea acquosa (shock ipovolemico), e l’altra termostabile (ST) che ha gli stessi effetti con meccanismo d’azione identico (ci sono stipiti che producono solo 1 tossina, altri entrambe). Al contrario di quella colerica le tossine ETEC sono poco invasive, restano confinate alla periferia della cellula batterica, da qui la necessità dei batteri di aderire al lume intestinale. Le tossine enteritogene e i fattori di adesività, sono codificate da un plasmide.
EIEC (enteroinvasivi): hanno azione simile a Shigella, prediligono la mucosa dell’intestino crasso e provocano una forma dissenterica con febbre, crampi addominali, malessere, distruzione della mucosa con eliminazione di sangue e abbondante acqua nelle feci. Mediante un cross-talking biochimico inducono un riarrangiamento citoscheletrico delle cellule della mucosa per farsi inglobare per endocitosi; una volta all’interno, distruggono il vacuolo, si moltiplicano e diffondono nelle cellule adiacenti portando alla necrosi e alla infiammazione dei tessuti della mucosa. Presenta un fattore di invasività INV codificato da un plasmide. I polimorfo nucleati eliminano nelle feci, sangue e pus.
EPEC (enteropatogeni): sono privi di potere tossinogeni, o invasivo, però hanno una forte capacità di aderire alla membrane dell’intestino tenue (fattore plasmidico di adesività). Questo provoca: il danneggiamento (distruzione dei microvilli), l’espulsione di feci con multo muco e poco sangue (diarrea), febbre, malessere e vomito. La malattia è soprattutto infantile.
EHEC (enteroemorragici): elabora due potenti citotossine Shiga-like, grazie a un fenomeno di conversione lisogenica, con stesse modalità d’azione di quella di Shigella. Sprovvisto di potere invasivo, si localizza nell’intestino crasso con scarsi sintomi dissenterici, solo la sua tossina va in circolo e può provocare danni agli endoteli (si accompagna alla liberazione di varie citochine e ad un aumentato accesso di endotossina in circolo con fenomeni coagulativo-emorragici, colite emorragica) e a organi bersaglio molto distanti dal colon come il SNC. Le complicanze più gravi sono: anemia emolitica, insufficienza renale acuta ecc.
3) Meningiti neonatali da infezione esogena intra partum sostenuti da stipiti con antigene capsulare K1
4) Infezioni endogene del distretto addominale (vie biliari, peritoneo) o in affezioni respiratorie (bronchiti).
Per la corretta differenziazione degli stipiti enteritogeni di e.coli dagli stipiti commensali, e per la corretta diagnosi di enterite, si fanno prove di sierotipizzazione associate a prove di enteropatogenicità che prevedono:
– Valutazione adesività batterica mediante studio capacità emoagglutinante
– Ricerca produzione di enterotossine (LT e ST) e tossine (shiga-like)
– Ricerca potere invasivo valutando capacità di penetrare nelle cellule
– Capacità di provocare una congiuntivite se instillato nel cavo congiuntivale
Shigella:
Agente eziologico della dissenteria bacillare, malattia caratterizzata da un breve periodo d’incubazione, e sintomatologia caratterizzata da diarrea muco sanguinolenta con lembi di mucosa in sfacelo, febbre, vomito, dolori addominali. Parassita esclusivo dell’uomo, gastroresistente se introdotto con abbondanti liquidi, si localizza nel colon, si trasmette per via oro fecale (cibo contaminato da feci), caso comune nei paesi sottosviluppati. Si coltiva nel terreno SS (Shigella, Salmonella) contenente sali biliari
Genoma: singolo cromosoma circolare (7 operoni, 98 geni, ricco di trasposoni, nell’evoluzione ha perso geni per affinare la sua patogenicità, differisce dal cromosoma di e.coli per solo lo 0,8%) + grande plasmide contenente tutti i geni deputati alla virulenza (37 isole di patogenicità, il tutto controllato dall’operone H-NS che risponde alla temperatura; virulenza a 37° inquanto permessa l’espressione dei geni con controllo a cascata, ad altre temperature inibizione H-NS).
Ne esistono 4 specie:
Shigella dysenteriae: non fermenta la mannite, comprende 10 sierotipi.
Shigella flexneri: fermenta la mannite, comprende 8 sierotipi.
Shigella boydii: fermenta la mannite, ma si differenzia da dysenteriae, comprende 15 sierotipi.
Shigella sonni: fermenta mannite e lattosio, 2 sierotipi.
Azione patogena:
E’ dovuta alla capacità di raggiungere la sottomucosa (lamina propria epitelio intestinale), nonostante l’assenza di mobilità e l’inabilità ad attaccare il lato apicale della mucosa, (Il meccanismo prevede il farsi inglobare dalle cellule M che sono in grado di giungere nella sottomucosa, ha un apparato di secrezione ATP dipendete di tipo III che è in grado di indurre riarrangiamente citoscheletrici nelle cellule bersaglio) e a moltiplicarsi, rilasciando metaboliti e liberando endotossina in seguito alla lisi dei corpi bacillari; l’infiammazione che segue oltre a favorire l’arrivo delle difese, facilita anche l’arrivo delle shigelle rimaste dal lato della mucosa. Dalla lamina propria le shigelle non arrivano nel circolo sanguigno,o in altre sedi anatomiche, tuttavia alcune rilasciano la tossina di Shiga (Shigella dysenteriae) (uguale a E. Coli EHEC) dopo la loro lisi ad opera del sistema immunitario, che provoca il blocco delle sintesi proteica, con danni in tutto l’organismo diffondendo per via ematica. Tutte le altre shigelle non producono tossine e la loro azione tossica è riconducibile esclusivamente all’endotossina LPS. Mortalità elevata in soggetti debilitati.
Dimostrazione che sono Shigelle:
– in grado di penetrare nelle cellule in vitro
– cheratocongiuntivite in cavia
Salmonella:
Le salmonelle costituiscono oltre 500 sierotipi di bacilli (I diversi sierotipi vengono chiamati serovar e sono catalogati rispetto all’ LPS, agli antigeni O, Vi e H quest’ultimo si presenta in 2 fasi), ubiquitari, che sostengono 2 quadri patologici: Gastroenteriti (manifestazioni morbose con tendenza alla guarigione spontanea senza tendenza alla diffusione, causate da serovar ubiquitari diffusi in animali d’allevamento) e infezioni sistemiche, tifo e paratifi (esclusivamente da serovar adattati all’uomo, possono esser anche mortali). Entrambe le infezioni si trasmettono per via oro-fecale (assunzione cibo contaminato). Gli stipiti si coltivano nel terreno omonimo.
Salmonella typhi: malattia preceduta da una incubazione lunga (7-14 giorni) con astenia, dolori muscolari, cefalea, insonnia; segue febbre (andamento caratteristico, curva di wunderlich, ovvero: 1° settimana andamento a sega con temperatura serale superiore a quella del mattino seguente che è comunque maggiore di quella del mattino precedente; 2° la temperatura si mantiene su valori elevati a 39° con periodo di decremento, 3° settimana speculare alla prima con più profonde oscillazioni), con compromissione dell’apparato digerente, SNC, apparato respiratorio, apparato emolinfopoietico e apparato urinario, sopore.
Meccanismo: la S. typhi è enteroinvasiva, raggiunge la sottomucosa mediante le cellule M, ivi i macrofagi resistenti la fagocitano, ma S. typhi è in grado di moltiplicarsi nel fagosoma impedendone la fusione con il lisosoma, il macrofago torna nel torrente ematico facendo da vettore per il batterio. La prima settimana, le salmonelle non si cercano nell’intestino ma nel sangue. La batteriemia ha un effetto pirogeno.
Circuito: cibo —> intestino —> mucosa —> linfonodi mesenterici —> dotto toracico —> circolo ematico (batteriemia) —> milza, fegato (qui si moltiplica) – termina l’incubazione – —> sangue (batteriemia persistente) —> febbre —> colecisti (dove può dare colecistite cronica con persistenza del batterio e sua eliminazione nelle feci – portatore per tutta la vita -) —> bile —> mucosa intestinale (2° colonizzazione dell’intestino tenue) —> placche del Peyer, qui può:
- scatenare l’immunità cellulo mediata
- dare ulcerazioni che sono causa di emorragie intestinali, perforazioni e peritonite
- eliminare il batterio con le feci (sorgente d’infezione)
Mentre nel primo periodo dell’infezione le salmonelle riescono a moltiplicarsi nei monociti, la guarigione si accompagna alla comparsa di un elevato potere battericida nei confronti delle salmonelle fagocitate, per l’intervento di fenomeni di immunità cellulo mediata. In alcuni soggetti, dopo la guarigione clinica, la salmonella typhi può persistere a livello della colecisti con un infezione in parte asintomanitica; questi soggetti che eliminano il batterio con il materiale fecale costituiscono i portatori sani fonte d’infezione. Le forme sistemiche delle salmonelle paratifi, a circolazione interumana, si distinguono per una minor gravità.
Gastroenteriti (Salmonellosi): Classificate tra le intossicazioni alimentari nonostante la patogenesi sia riconducibile all’infiammazione della mucosa intestinale e non ad una intossicazione. Sostenute da stipiti ubiquitari in natura, si possono contrarre dall’ingestione di uova e Cerne contaminata oppure da portatori sani (contagio interumano); diffuse soprattutto in collettività a basso standard economico sociale di vita. Sintomatologia: dolore addominale, vomito, nausea e vomito.
Metodi di identificazione:
Localizzazione intestinale: se la enterite presenta sintomi tipici (varie forme di diarrea e dissenterie), gli agenti possono essere Salmonella, Shigella ed E. coli, per l’identificazione di quest’ultimo basterà creare un terreno con batteriostatici per Gram + e lattosio e un indicatore di pH, se avverrà la fermentazione dello zucchero con conseguente viraggio dovuto alla produzione di acidi, sarà presente E. coli. Questi si svilupperà in colonie sulle quali, poi, si studierà virulenza, la produzione di enterotossine e i caratteri antigeni. Per le salmonelle e shigelle si utilizzeranno batteri che inibiscano sia i Gram + che E. coli. Per le salmonelle nella fase precede la massiccia colonizzazione dell’intestino si possono repertare i bacilli anche nel sangue (batteremia). I criteri da seguire sono:
Salmonella e Shigella non fermentano il lattosio. Per l’isolamento:
– Mc Conkey, Hektoen, terreno SS, agar al verde brillante, agar al selenito di sodio
– per la diagnosi presuntiva veloce: terreno al ferro-triplo zucchero (TSI):
agar, tiosolfato e sali di ferro, glucosio poco e tanto saccarosio e lattosio, rosso fenolo:
- solo glucosio fermentato: viraggio della porzione cilindrica dove c’è anaerobiosi
- altri zuccheri: in tutto il terreno
- produzione di H2S: annerimento del solfuro di ferro e gas per frammentazione del cilindro di agar
Se la colonia non fermenta glucosio non si tratta di enterobatteri. Ureasi positivo e produce acido solfidrico si tratta di Proteus. Ureasi positivo, non produce acido solfidrico, ha l’enzima beta-galattosidasi e produce citrato è klebsiella, se non produce citrato è Yersinia. Se non ha la beta-galattosidasi e produce citrato è providencia. Se è ureasi negativo, produce acido solfidrico, e beta-galattosidasi è citrobacter, se non produce beta-galattosidasi è salmonella. Se invece non produce acido solfidrico, ne gas dal glucosio, è shigella, se produce gas dal glucosio ma non beta-galattosidasi è un’altra salmonella, se invece produce beta-galattosidasi e citrato è enterobacter, se non produce citrato è escherichia.
Sensibilità ad antibiotici e chemioterapici: si consiglia l’effettuazione di antibiogramma in genere per gli enterobatteri. Solo salmonella è solitamente sensibile a cloramfenicolo e penicilline.
Metodi di immunizzazione: gli unici vaccini sono per la salmonella typhi e paratyphi e sono allestiti con batteri uccisi, per la prevenzione inoltre esiste un vaccino con batteri vivi ma attenuati. Per il tifo, vaccino con polisaccaride Vi purificato.
Altri enterobatteri:
Citrobacter: sono patogeni soprattutto nelle vie urinarie, e sono stati classificati un una specie a parte per la loro capacità di fermentare il lattosio, ma sono simili a escherichia e salmonella.
Klebsielle: sono capsulati immobili, e pur essendo frequentemente reperiti nelle feci causano spesso infezioni respiratorie, soprattutto il ceppo pneumoniae che è commensale delle prime vie respiratorie. Può causare anche infezioni urinarie e rare enteriti in soggetti immunodepressi.
Enterobacter: sono commensali dell’uomo e possono però provocare infezioni endogene urinarie ed extraintestinali.
Proteus: si trovano nel suolo e nell’intestino umano, producono ureasi e possono provocare infatti infezioni urinarie, danneggiano l’epitelio renale per l’alcalinazione dell’urina e possono causare la formazione di calcolo per la produzione di Sali di calcio magnesio. Il più diffuso agente patogeno è Proteus mirabilis.
Providencia: non fermentano il lattosio, sono insensibili agli antibatterici e posso provocare infezioni urinarie e cutanee (ustioni).
HAFNIA: commensali nell’intestino dell’uomo, patogeni opportunisti extraintestinali
SERRATIA: nosocomiali, extraintestinali, gravi per pazienti compromessi
MORGANELLA: nosocomiali
