StafilococchiStafilococchi

Staphylococcus

Pus, 1881 alexander Ogston chirurgo Scozzese

cocchi da 0,5 - 1 μ

Stafilococchi• Gram +• Catalasi + (famiglia Micrococcaceae) • Immobili (sprovvisti di ciglia e/o flagelli)

• Asporigeni

• aerobi o anaerobi facoltativi

• Temperatura ottimale 30°-37°C

• Alofili tolleranti (NaCl superiori a 1,7 M)

• Sono ubiquitari

• Producono ac. Lattico dalla glicolisi Tutti i batteri acido lattici sono anaerobi aerobitolleranti, sono cioè

aerobi facoltativi che crescono in presenza di ossigeno ma non lo usano nella respirazione; essi producono energia dalla fermentazione degli zuccheri.

StafilococchiProducono pigmenti dal bianco al giallo oro.

Rosenbach nel 1884 propose una prima suddivisione del

genere Staphylococcus in 2 sole specie:

S. aureus (colonie giallo-oro)

S. albus, oggi conosciuto come S. epidermidis (colonie bianche)

Anche se la loro classificazione è in continuo cambiamento, al

momento il genere Staphylococcus comprende 47 specie, che

possono essere suddivise in due classi generiche:

coagulasi-positive e -negative

StafilococchiLa maggior parte sono commensali:

pelle, mucose dell’uomo e altri mammiferi

Tra le specie coagualsi-, la specie prevalentemente isolata dalla microflora di diversi distretti corporei è

S. epidermidis seguita da

S. hominis, S. haemolyticus e S. capitis

Tra le specie coagulasi-positive sono considerate potenzialmente patogene per un vasto gruppo di animali, fra cui l’uomo

S. aureus, isolato dalle vie aeree superiori di circa il 30% della popolazione mondiale

S. hyicus, S. intermedius e S. schleiferi subsp. coagulans

S. aureus è la specie con maggiore rilevanza clinica: principale

agente eziologico delle infezioni nosocomiali (osteomielite,

polmoniti, endocarditi, fino a vere setticemie).

Inoltre, grazie alla capacità di produrre tossine S. aureus può

causare la sindrome da shock tossico (TSS), sindrome da

cute scottata, sindrome da shock tossico neonatale oltre che

intossicazioni alimentari.

Stafilococchi coagulasi-, come S. epidermidis e S. saprophyticus,

sono sempre più associati a infezioni opportunistiche. Il fattore di

virulenza più significativo: produzione di polisaccaridi

extracellulari che consentono di aderire e colonizzare cateteri,

proteasi, ecc., dando origine a infezioni difficili da debellare.

Egg York Agar (7.5% NaCl)

Staphylococcus aureusprincipale causa di morte prima dell’introduzione degli antibiotici

• A grappoli

• Il lisozimalisozima presente nelle lacrime, saliva e nei leucociti può

idrolizzare il PG

acido teicoico e ribitolo

antigeni specie specifici

• pelle, ghiandole dell’epidermide, membrane mucose

– narici (25-30% dei portatori)

– Tratto intestinale

– Tratto genitourinario

Tipico colore giallo-oro delle colonie dovuto alla

presenza di carotenoidi (antiossidante). La

pigmentazione compare dopo 18-24 ore a 37°C.

Non si ha produzione di pigmento durante lo sviluppo

in condizioni anaerobiche o nei terreni liquidi.

Salt Tolerant (up to 15% [NaCl])

(Mannitol Salt Agar—7.5% NaCl)

-hemolytic on blood agar

In agar-sangue si nota spesso un alone chiaro di emolisi intorno alle colonie.

Può produrre 4 differenti emolisine, con variabilità fra i ceppi e con differenti specie-specificità per gli eritrociti

l’entità dell’emolisi dipende sia dal ceppo che dal tipo di sangue.

Staphylococcus aureus

Ingresso di Ingresso di StaphStaph nel corpo nel corpo

• Desquamazione delle cellule epiteliali e Desquamazione delle cellule epiteliali e loro inalazioneloro inalazione– contatti interpersonali– Contatti con oggetti contaminati

• AderenzaAderenza– fibrille superficiali composte di proteine e acido

lipoteicoico• Lega la fibronectina delle cellule dell’ospite

– capsula

PatogenesiPatogenesi• Colonizza

– entra, aderisce, si moltiplica

• Moltiplicazione

– Sfugge alla risposta immunitaria

– Interferisce con la risposta immunitaria

– Danneggia i tessuti dell’ospite

• Trasmissione

PatogenesiPatogenesi

• Causa malattie sia con tossine sia per invasione e distruzione dei tessuti.

http://www.dermnetnz.org/index.html

Abscess

BoilsInfection of hair follicles by S. aureus

ImpetigoSchool sores; common mostly among children

Osteomyelitis

Osteomyelitis– “an infection of the bone that occurs most frequently in the lower extremities.  Most commonly, it develops after severe local trauma with an associated open fracture.  The adjacent soft tissue structures are injured together with the bone, and can form a poorly vascularized and scarred tissue bed.  Simple debridement and antibiotic therapy are often unsuccessful in treating lower extremity osteomyelitis.  As a result, patients frequently present after multiple failed treatments and with resistant or polymicrobial bacterial infection.”

http://www.microsurgeon.org/osteomyelitis.htm

Fattori di virulenza

S. aureus presenta un elevato numero di fattori di virulenza sia di natura

proteica (p.secrete e p. strutturali) che non proteica,

regolati da interazioni genetiche complesse

Adesione e colonizzazione

Gli Stafilococchi possono aderire sia a superfici

di natura artificiale che biologica (proteine della matrice extracellulare e del plasma e le cellule epiteliali)

S. aureus presenta una varietà di adesine: non proteiche e proteiche

Le adesine di natura non proteica comprendono il polisaccaride PIA

(polysaccharide intercellular adhesin), acido teicoico e lipoteicoico che

legano il TLR-2 stimolando la produzione di citochine

Fattori di virulenza

Le ADESINE di natura proteica possono essere suddivise in 2 gruppi:

la famiglia MSCRAMM (microbial surface components recognizing

adhesive matrix molecules) proteine ancorate covalentemente alla

superficie batterica. Sono più di 20 proteine che riconoscono i

componenti della matrice extracellulare (ECM) come il fibrinogeno e la

fibronectina

la famiglia delle proteine SERAM (secretable expanded repertoire

adhesive molecules), le membrane-spanning proteins e le

autolisine/adesine con funzione sia di adesione che enzimatica (amidasi

e glucosaminidasi). Tutte queste molecole sono proteine associate alla

superficie batterica attraverso interazioni idrofobiche o legami ionici.

sono un gruppo di adesine strutturalmente diverse che che interagiscono con un ampio spettro di ligandi dell’ospite, interferendo

con la risposta immunitaria e permettendo l’adesione batterica

COAGULASICOAGULASI

Una forma LEGATA al cell wall converte il fibrinogeno in

fibrina insolubile permettendo allo Staph di

raggruparsi e proteggersi dalla fagocitosi.

ed una LIBERA che si combina con un fattore trombina-

like formando stafilotrombina.

È un marcatore di virulenza

CAPSULACAPSULAFavorisce l’adesione a cateteri e materiali plastici

Protegge dalla chemiotassi e fagocitosi dei leucociti polimorfonucleati

In seguito all’adesione a una superficie, lo Staphylococcus può formare dei BIOFILM,

la matrice polisaccaridica è costituita da

poli-N-acetilglucosammina (PNAG),

la cui produzione dipende dagli enzimi codificati dai geni dell’operone ica (intracellular adhesion).

StaphylococcusStaphylococcus

Peptiglicano =N-acetyl muramic acidN-acetyl muramic acidN-acetyl glucosamineN-acetyl glucosamine

Capsula o strato mucoso polisaccaridico

Strato di peptidoglicanoPolisaccaride A(acido teicoico)

Proteina A

Membrana citoplasmatica

Fattore di coagulazione

La PROTEINA A

è una proteina di superficie legata covalentemente con il

PG. una parte viene anche liberata all’esterno, può

indurre la sintesi di Ab specifici.

interagisce con la Fc degli Ab di tutte le specie dei

mammiferi, impedendo l’eliminaizone mediata da Ab:

anafilassi locale e generalizzata, reazioni ponfo-

eritematose, attivazione del complemento, ecc…

Gli S. coagulasi- non hanno la proteina A

Proteina A di S. aureus e la proteina tipo M di S.pyogenes

• Impedisce l’opsonizzazione legando il frammento Fc delle Ig

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ENZIMIENZIMI

• CatalasiCatalasi: converte H2O2 tossica dopo la fagocitosi.

• IalurodinasiIalurodinasi: Idrolizza l’acido iarulonico (un

mucopolisaccaride dei tessuti connenttivi) facilitando la

diffusione del batterio nei tessuti. Oltre il 90% degli Staph

produce questo nzima.

• FibrinolisinaFibrinolisina, , LipasiLipasi, , NucleasiNucleasi, e, e

• PenicillasiPenicillasi una β-lattamasi 90% di sensibilità alla

penicillina (1929)

http://www.youtube.com/watch?v=qBdYnRhdWcQ.

Penicillina

La penicillina è un antibiotico β-lattamico che si lega covalentemente a una

serie di proteine batteriche chiamate proteine che legano la penicillina

(PBP), inibendole

1940, fu isolato un ceppo di S. aureus in grado di secernere un enzima

chiamato penicillinasi, che idrolizza la penicillina in acido penicilloico.

1959-1960, la meticillina, una classe di β-lattamici penicillinasi resistenti

(ingombro sterico),

1961, furono riportati i primi casi di MRSA

2005 le infezioni da MRSA hanno causato quasi 19 000 morti.

Catalase test

(-) (+)

Metabolizza l’ H2O2 sintetizzato dai PMN e dai macrofagi in

O2 + H2O

Esoproteine

5 tossine che danneggiano le membrane delle cellule ospiti.

Emolisine producono marcata beta-emolisi con

specificità di specie delle emazie e nel meccanismo di

azione.

Panton-Valentine leukocidin (PVL)

Tossine esfoliative (ETA, ETB e ETD)

Pyrogenic toxin superantigens (PTSAgs) massiccia produzione di

citochine:

tossina della toxic shock syndrome (TSST-1)

Enterotossine (SEA, SEB, SECn, SED, SEE, SEG, SEH e

SEI).

α-emolisina

tossica per diverse cellule di mammifero, soprattutto eritrociti e cellule epiteliali, tra cui quelle polmonari, per cui è associata spesso all’edema polmonare.

Codificata dal gene hla, fine della fase esponenziale.

La produzione è influenzata da diversi fattori ambientali:

temperatura (con massima espressione a 42ºC);

l’ossigeno (essenziale per la produzione della tossina);

l’osmolarità (elevata osmolarità reprime la trascrizione di hla);

CO2 che ne stimola la produzione.

2

Dopo essere stati secreti, i monomeri dell’α-emolisina si integrano nelle membrane delle cellule bersaglio, dove si associano formando un eptamero cilindrico che porta alla formazione di un poro di 1-2 nm di diametro.

a basse concentrazioni, un recettore specifico, presente sulla cellula bersaglio, lega i monomeri,

ad alte concentrazioni l’inserimento aspecifico.

Pori: rapido efflusso di K+ e piccole molecole, e

l’entrata di Na+, Ca2+ e piccole molecole, lisi cellulare.

β-emolisinacodificata dal gene hlb, e anch’essa viene prodotta in tarda fase

esponenziale

Chiamata anche Sfingomielinasi C (idrolizza limitata alla sfingomielina e alla fosfatidilcolina), heat sensibile, tossica per molte cellule quali:

eritrociti (soprattutto cavie), leucociti, macrofagi, fibroblasti.

anche chiamata “hot-cold” perché la sua attività emolitica aumenta se, in seguito a trattamento a 37ºC, viene incubata a temperature inferiori a 10ºC (fino a 20º C le forze coesive all’interno delle membrane tengono sotto controllo l’effetto emolitico, ma in seguito a raffreddamento, avviene una variazione di fase lipidica che porta al collasso della membrana)

responsabile della distruzione tissutalecon formazione di ascessi e dell’abilità di Staph di proliferare in presenza di una risposta infiammatoria.

• DeltaDelta: gene hld termostabile (post-esponenziale), ampio

spettro di attività citolitica, (organelli, sferoplasti e protoplasti)

distrugge le membrane come un detergente (non è specie-

specifica).

• GammaGamma: : distrugge eritrociti (coniglio, uomo e pecora) e

neutrofli e macrofagi

• PV-leucocidinaPV-leucocidina: : Insieme, causa cambiamente strutturali delle

membrane (neutrofili e i macrofagi), formazione di pori ed

aumento di permeabilità (uomo e coniglio).

γ-emolisina e PV-leucocidina (tossine a due componenti:

Slow e Fast-eluting, che separatamente non hanno attività)

Tossine esfoliative

3 forme sierologiche : ETA, ETB e ETD

Tutte e tre le tossine sono proteasi delle serine in grado di distruggere la desmogleina-1 (Dsg-1), inducendo acantolisi e conseguente distruzione tissutale con ampi scollamenti epidermici che portano a una dermatopatia bollosa detta sindrome della cute scottata, (scalded skin staphylococcical syndrome, SSSS, o malattia di Ritter o dermatite esfoliativa dei neonati).

Il fluido contenuto nelle bolle epidermiche è generalmente sterile

In una forma più lieve di dermatopatia bollosa, detta impetigine bollosa il ceppo è localizzato nella zona infettata, e viene isolato dai foruncoli e dalle bolle

Desmogleine: glicoproteine trans-membrana dei desmosomi epidermici, che insieme permettono l'unione di due cellule contigue dell'epidermide

Sindrome stafilococcica della cute scottata o malattia di Ritter

• Eritema periorale localizzato, poi diffusione di bolle per l’intero corpo in

due giorni

• Una leggera pressione sulle bolle rimuove la pelle

• Si formano grandi bolle con desquamazione dell’epitelio

• Le lesioni non contengono microrganismi nè leucociti (natura

tossigena, tossina esfoliativa)

• Il feto contrae l’infezione al momento della nascita (infezioni connatali), la tossina diffonde per via sistemica

Impetigine bollosa,

forma localizzata di

sindrome stafilococca

della cute scottata

• Bolle localizzate

• L’eritema non si estende oltre i bordi

della bolla

• Le lesioni contengono il microrganismo

• Altamente contagiose

da P. R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S . Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

ENZIMI STAFILOCOCCICI

Fibrinolisina: nota anche come

stafilochinasi, è attivatore del

plsminogeno e scioglie i coaguli di

fibrina

• Fattore di diffusione

ENZIMI STAFILOCOCCICI

Fibrinolisina: nota anche come

stafilochinasi, è attivatore del

plsminogeno e scioglie i coaguli di

fibrina

• Fattore di diffusione

ENZIMI STAFILOCOCCICI

Lipasi: idrolizzano i lipidi. Essenziali per

la sopravvivenza del batterio nelle zone

sebacee.

• Permettono di invadere i tessuti

cutanei e permettono di sviluppare

infezione cutanee superficiali (favi,

foruncoli)

ENZIMI STAFILOCOCCICI

Lipasi: idrolizzano i lipidi. Essenziali per

la sopravvivenza del batterio nelle zone

sebacee.

• Permettono di invadere i tessuti

cutanei e permettono di sviluppare

infezione cutanee superficiali (favi,

foruncoli)

Toxic shock syndrome

TSST-1 è codificata dal gene tstH (dove H sta per human) resistente al calore (fino a 100º C per più di un ora) e alla proteolisi (non viene digerita anche in seguito a esposizione prolungata alla tripsina).

Potenzialmente fatale: febbre alta, rash eritematoso diffuso, cute desquamata una o due settimane dopo l’inizio della malattia (se non porta a morte prima di tale periodo), ipotensione, ipoalbuminemia e coinvolgimento di diversi organi.

Può essere di 2 tipi:

TSS mestruale, causata esclusivamente da TSST-1, che a differenza delle altre PTSAgs è in grado di attraversare le mucose e quindi anche quella vaginale

TSS non mestruale, che può essere causata da TSST-1, SEB e SEC, e spesso si presenta come recidiva.

Dal 1978 in US

S. aureus richiede condizioni particolari di crescita per poter produrre TSST-1

• proteine, • bassa concentrazione di glucosio• 37° - 40°C, • pH tra 6,5 e 8,0e• O2.

Tutte queste caratteristiche, tranne l’ossigeno, sono presenti a livello vaginale durante il ciclo mestruale. I tamponi interni utilizzati dalle donne durante tale periodo, più sono assorbenti più aumentano significativamente il livello di ossigeno a livello vaginale.

Inoltre, molti ceppi di S. aureus producono elevati livelli di proteasi che lisando il sangue mestruale provocano il rilascio di una quantità di O2 sufficiente per la produzione di TSST-1 anche in assenza di assorbenti interni.

Toxic shock syndrome Toxin-Toxic shock syndrome Toxin-11

Esotossina TSST-1

• Febbre, ipotensione, diversi organi coinvolti, eruzione cutanea– Secreta da alcuni ceppi di S. aureus

Enterotossine stafilococciche

Avvelenamento da cibo• Non richiede colonizzazione• Produzione di enterotossina nel cibo prima dell’

ingestione– intossicazione, non infezione– i sintoni sono rapidi (4 hr)

• Cibi grassi– Permettono la crescita di un gran numbero di

organismi• Cibi principalmente contaminati

– Carne insaccata– Gelati, cibi a base di creme

• 105 organismi/gram– 1 ug produce simtomi

• Prodotti 105 organismi / day

Alimenti a rischio

Alimenti a rischio

HabitatHabitat

Come avviene la contaminazione?

Come avviene la contaminazione?

Latticini e gelati

Alimenti molto manipolati

Naso e gola dei portatori sani

Ferite, anche piccole, a livello cutaneo

Toccando gli alimenti

Tossendo o starnutendo sul cibo

Usando attrezzature non sanificate

se le mani hanno abrasioni o ferite

dopo aver tossito o starnutito

Creme, carni trite

STAFILOCOCCO AUREO

PrevenzionePrevenzione

SensibilitàSensibilità

SintomiSintomi

Lavaggio frequente delle mani

Rispetto norme igieniche nella lavorazione

Rispetto delle temperature

Uso di mascherina e guanti per lavorare alimenti che non subiranno cottura

Bendaggi impermeabili per ferite alle mani

tossina resistente

Microrganismo sensibile al calore

Vomito, diarrea, dolori addominali

da 1-6 ore dall’ingestione

STAFILOCOCCO AUREO

EnterotossinaEnterotossina

• Stabile– 100oC, 30 minuti

– gastrico, enzimi

• Agisce sul nervo vago e localizza nello stomaco

• Stimola vomito acuto– 1-5 hr

– Veloce come una neurotossina

• Stimola la peristalsi intestinale– diarrea

EnterotossineEnterotossine

• Enterotossine Resistenti all’idrolisi degli enzimi gastrici e sono stabili 30 min a 100°C.

• Meccanismo di azione non è ancora noto

Transmissione/epidemiologiaTransmissione/epidemiologia

• Flora intestinale di portatori

• Sopravvive lunghi periodi in assenza d’acqua

– È tra i batteri più resistenti

• Epidemie ospedaliere

Diagnosi di laboratorio• ESAME MICROSCOPICO

• ESAME COLTURALE

Terreni solidi contenenti NaCl al 7,5% (alofilia) e mannitolo (solo S. aureus)

• TEST SIEROLOGICI

Anticorpi contro gli acidi teicoici

• IDENTIFICAZIONE

S. aureus è positivo alla reazione per la coagulasi, fermentazione del mannitolo, nucleasi termostabile, fosfatasi alcalina

TrattamentoTrattamento

• Originariamente con penicillina (1941)

• -lattamasi si sono manifestati in meno di

10 anni

– penicillina resistenti

– Codificata da un gene su di un plasmide

• Derivati della penicillina penicillinasi-resistenti

– nafcillina, oxicillina, dicloxicillina,

vancomicina

TERAPIA, PROFILASSI, CONTROLLO

• Alta resistenza alle penicilline naturali e

semisintetiche (meticillina, oxacillina)

• Oltre il 50% degli isolati ospedalieri manifesta

resistenza (beta lattamasi e PBP modificate)

• Ancora sensibili alla vancomicina

TERAPIA, PROFILASSI, CONTROLLO

• Alta resistenza alle penicilline naturali e

semisintetiche (meticillina, oxacillina)

• Oltre il 50% degli isolati ospedalieri manifesta

resistenza (beta lattamasi e PBP modificate)

• Ancora sensibili alla vancomicina