AA Stafilo (28.11.16) · densità batterica è bassaoppure la produzione di enzimi litici e tossine...

Caso clinico

Donna, in gravidanza, 32 anniFrattura traumatica di tibiaIntervento chirurgico di osteosintesiInfezione della ferita chirurgicaOsteomielite(infezione ossea)BatteriemiaEndocarditeEmbolizzazione polmonareEmbolizzazione articolareMiocarditeRottura del miocardioMorte

4 m

esi

S. aureus

Osteosintesi Pratica chirurgica tramite la quale si riducono (uniscono) e rendono stabili i frammenti ossei di una frattura tramite l’utilizzo di mezzi metallici

L'embolizzazione arteriosa è una metodica di radiologia interventistica il cui scopo è di sopprimere l'apporto vascolare di una neoformazione( occludere i vasi).

Gli stafilococchi

UNIVERSITA' degli STUDI di PERUGIA

Batteriologia speciale

Caratteri generaliFattori di virulenza e patogenesi delle infezioni stafilococciche

Infezioni e sindromi mediate da tossineDiagnosi delle infezioni stafilococciche

Suscettibilità agli antibiotici

Gli stafilococchi

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Batteriologia speciale

Caratteri generaliFattori di virulenza e patogenesi delle infezioni stafilococciche

Manifestazioni cliniche: infezioni e malattie da tossineDiagnosi delle infezioni stafilococciche

Suscettibilità agli antibiotici

Cocchi Gram positivi

Staphylococcus(stafulh = grappolo)

Streptococcus

Genere Staphylococcus• cocchi Gram+• catalasi +• diametro di 0.5-1.5 micron• immobili• capsulati• aerobi/anaerobi facoltativi• asporigeni• T° di crescita: 18 - 40 °C• alofili (NaCl 10%)

Principali specie patogene per l’uomo: S. aureusS. epidermidis S. haemolyticusS. saprophyticus

Staphylococcus aureus

Staphylococcus epidermidis

Staphylococcus haemolyticus

Staphylococcus hominis

Staphylococcus lugdunensis

Staphylococcus saprophyticus

Staphylococcus warneri

Principali specie responsabili dipatologie infettive

Coagulasi +

Coagulasi –

L’intero genoma di diversi ceppi di S. aureus è stato sequenziato, e caratteristiche di patogenicità e antibiotico-resistenza sono state associate a specifiche sequenze.

Proteina A(spa typing)

Adesine(acidi teicoiciMSCRAMM)

- attività antifagocitaria - danneggiamento della membrana cellulare

- induzione del rilascio di citochine

Legame con Fc delle IgG dell’ospite

TossineAntigeni

eSuperantigeni

Coagulazione,Danneggiamento dei tessuti

Capsula/Slime

Staphylococcus aureusElementi strutturali alla base delle interazioni con l’ospite

CAPSULA• natura polisaccaridica• Attività antifagocitaria e

antichemiotattica• facilita l’adesione del batterio ai

tessuti dell’osite

SLIME o STRATO GELATINOSO• pellicola idrosolubile lassa

(monosaccaridi, peptidi, piccole proteine)

• Importante per l’adesione ai corpi estranei (cateteri, protesi valvolari, protesi articolari)

PEPTIDOGLICANO

Gli enzimi responsabili della sintesi del peptidoglicano (PBP) sono bersagli di importanti classi di antibiotici:-beta-lattamici bloccano gli enzimi che catalizzano la transpeptidazione-Glicopeptidi (vanco e teico)agiscono su D ala D ala

ACIDI TEICOICI (teikos = muro): polimeri specie-specifici legati covalentemente al peptidoglicano

ACIDI LIPOTEICOICI: legati con legame lipofilo alla membrana citoplasmatica

Mediano l’attacco degli stafilococchi alla FIBRONECTINA dei tessuti dell’ospiteS. aureus: acido ribitol-teicoico (polisaccaride A)S. epidermidis: acido glicerol-teicoico (polisaccaride B)

PROTEINA A • riveste tutta la superficie del

batterio• possiede una spiccata affinità di

legame per la parte Fc di IgG1, IgG2 e IgG4, bloccandone la funzione

• ha funzione antigenica• attiva il Complemento

non è presente sugli stafilococchi“coagulasi-negativi”

vedi…

L’adesione batterica è mediata da una famiglia di ADESINEindicate con l’acronimoMSCRAMM: Microbial

Surface Components Recognizing Adhesive Matrix Molecule

capaci di interagire specificamente con proteine della matrice extracellulare (fibronectina, collagene, laminina e fibrinogeno). Principali MSCRAMM:

proteina Acoagulasi legata (o clumping factor)fibronectin-binding proteins A e B

Gli stafilococchi

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Caratteri generaliFattori di virulenza e patogenesi delle infezioni stafilococciche

Manifestazioni cliniche: infezioni e malattie da tossineDiagnosi delle infezioni stafilococciche

Suscettibilità agli antibiotici

L’espressione dei fattori di virulenza è sotto il controllo di sistemi regolatori complessi tra cui AGR (accessory gene regulation)

AGR: sistema di controllo “quorum sensing”(risposta ai segnali dell’ambiente, come quello rappresentato, nel caso specifico, dalla presenza di altri microrganismi della stessa

specie.)che consente l’espressione di proteine di adesione che promuovono la colonizzazione dei tessuti quando ladensità batterica è bassaoppure la produzione di enzimi litici e tossinequando la densità batterica è alta

COMPONENTI STRUTTURALI• capsula• peptidoglicano • proteina A • acidi teicoici

TOSSINE• citotossine (a, b, g, d, Leucocidina P-V)• tossine esfoliative (ETA, ETB)• enterotossine (A-R)• TSST-1

ENZIMI• coagulasi • catalasi• ialuronidasi• fibrinolisina• lipasi• nucleasi• penicillinasi

Staphylococcus aureus - FATTORI DI VIRULENZA

COMPONENTI STRUTTURALI• capsula• peptidoglicano • proteina A • acidi teicoici

TOSSINE• citotossine (a, b, g, d, Leucocidina P-V)• tossine esfoliative (ETA, ETB)• enterotossine (A-R)• TSST-1

ENZIMI• coagulasi • catalasi• ialuronidasi• fibrinolisina• lipasi• nucleasi• penicillinasi

Staphylococcus aureus - FATTORI DI VIRULENZA

Coagulasi “libera”reagendo con il fattore plasmaticoCoagulase Reacting Factor (CRF), trasforma il fibrinogeno in fibrinaIl «coagulo» di fibrina protegge il batterio dalla fagocitosi .Prodotta esclusivamente da S. aureus

Coagulasi “legata alla cellula”o “clumping factor” (lega il fibrinogeno e lo fa precipitare) Responsabile della aggregazione degli stafilococchi in clusters.Prodotta da S. aureus e poche altre specie di stafilococchi coagulasi-negativi.

ENZIMI: COAGULASI

Staphylococcus aureus

Staphylococcus epidermidis

Staphylococcus haemolyticus

Staphylococcus hominis

Staphylococcus lugdunensis

Staphylococcus saprophyticus

Staphylococcus warneri

Classificazione degli stafilococchi in base alla produzione di coagulasi

(utilità clinica e diagnostica!)

Coagulasi positivi

Coagulasi negativi= CoNS, Coagulase Negative Staphylococci

Staphylococcus aureus, DNAsi +

Staphylococcus saprophyticus, DNAsi -

Nucleasi

Catalasi Converte il perossido di idrogeno (tossico per il batterio)in H2O ed ossigeno (hanno l’enzima catalasi che catalizza la scissione dell’H2O2in H2O + O2

ALTRI ENZIMI (1)

• Ialuronidasi: idrolizza l’acido ialuronico del tessuto connettivo favorendo la diffusione batterica

• stafilochinasi: scioglie i coaguli di fibrina, favorendo la diffusione batterica

• Lipasi: idrolizza i lipidi

• Penicillinasi (b-lattamasi): scinde l’anello b-lattamico dei beta-lattamici e determina la resistenza alle penicilline.

ALTRI ENZIMI (2)

Tossine litiche per leucociti (soprattutto PMN) o altre cellule dell’ospite (emazie, piastrine, cellule muscolari liscie), con conseguente rilascio di enzimi lisosomiali cellulari e danno tissutale (ascesso).

Comprendono: tossina alfa, beta, gamma, delta e leucocidina di Panton-Valentine

.

CITOTOSSINE

Tossina alfa• citotossica per eritrociti, leucociti,

epatociti, piastrine (induce formazione di PORIsulle membrane cellulari)

• Ha azione distruttiva sui muscoli lisci dei vasi sanguigni.

• E’ codificata sia livello cromosomico che plasmidico

• n.b.: la tossina alfa non è prodotta dai CoNS

CITOTOSSINE

Tossina betadetta anche sfingomielinasi CSolo in isolati lisogenizzati da un fago• labile al calore, tossica per eritrociti,

leucociti, macrofagi e fibroblasti.• Idrolizza i fosfolipidi di membrana.• insieme alla tossina alfa è

responsabile della formazione di ascessi

CITOTOSSINE

Tossina delta• ampio spettro di attività citolitica su

eritrociti e molti altri tipi cellulari• agisce sulle membrane con attività di

tipo detergente (surfattante)

CITOTOSSINE

• Costituita da subunita F ed S(migrazione elettroforetica Fast e Slow)

• Induce la formazione di pori sulla membrana di PMN e macrofagi, , aumentandone la permeabilità e determinandone la lisi

• Responsabile di gravi quadri di infezione cutanea e polmonite necrotizzante nel giovane adulto.

NB: la produzione di leucocidina P-V è in genere riferita a specifici ceppi di «CA-MRSA, «community acquired methicillin-resistant» S. aureus

Tossina gamma: simile alla P-V

LukF

LukS

Leucocidina di Panton-ValentineCITOTOSSINE

esistono 2 forme della tossina: • ET-A (termostabile, codificata da un gene cromosomico) • ET-B (termolabile, codificata da un gene plasmidico)

Agisce sui desmosomi dello strato granuloso dell’epidermide

Causa la sindrome della cute ustionata

TOSSINA ESFOLIATIVA

• Esordio: eritema periorale• Decorso: in 1-2 giorni, comparsa di lesioni bollose sull’intera

superficie cutanea.• Semeiotica delle lesioni: essendo dovute unicamente

all’azione della tossina esfoliativa, non contengono batteri (S. aureus) né leucociti (natura aflegmasica delle lesioni). Una leggera pressione causa la esfoliazione delle lesioni.

• Guarigione: spontanea in seguito alla produzione di anticorpi neutralizzanti (7-10 giorni dall’esordio della sindrome).

Sindrome della cute ustionata = Staphylococcal Scalded Skin Syndrome (SSSS) = malattia di Ritter

dermatite esfoliativa, che colpisce i bambini di 1-3 anni o, raramente, in neonati che contraggono l’infezione durante il parto.

• Sono prodotte da ceppi di S. aureus infettati dal fago III.• Possono contaminare alimenti di vario genere.• Sono 18 (da A a R)

l’ enterotossina A è la più frequente;le enterotossine C e D contaminano generalmente prodotti

caseari;l’enterotossina B causa una enterocolite pseudomembranosa.

• Termostabili a 100°C per 30’• Resistono all’idrolisi degli enzimi gastrici• Meccanismo d’azione: inducono la produzione IL-1 e

stimolano la peristalsi intestinale, e, attraverso un effettosul SNC, sono responsabili del vomito.

ENTEROTOSSINE

Intossicazioni alimentari da enterotossine stafilococciche

ü Ingestione di alimenti contenenti le enterotossine (insalata di patate, carni, hamburger (S. aureus: alofilo!), gelati, creme etc.)

ü Periodo d’incubazione: 5 - 6 oreü Manifestazioni cliniche: nausea, vomito, diarrea, dolori

addominali, sudorazione, cefalea.

ENTEROCOLITE

ü Mediata dallaenterotossina B e dalla leucidina PV LukE/LukD

ü Fattore predisponente: terapia antibiotica ad ampio spettro

ü Manifestazioni cliniche:diarrea acquosa profusa,

disidratazione, febbreü Diagnosi differenziale: colite

pseudomembranosa da Clostridium difficile

• Termoresistente • Viene prodotta nei tessuti dell’ospite da alcuni ceppi

di S. aureus durante la replicazione • Causa lo shock tossico inducendo produzione

di citochine proinfiammatorie

TOSSINA 1 della SINDROME dello SHOCK TOSSICO TSST-1

• Descritta originariamente in donne che facevano uso, durante il ciclo mestruale, di tamponi interni iperassorbenti.

• La elevata quantità di sangue a livello vaginale favorisce la produzione di tossina durante la replicazione di ceppi batterici tossinogenici eventualmente presenti

• Clinica: febbre elevata, rash cutaneo e desquamazione (palmo mani e pianta piedi), ipotensione e shock, Multi Organ Failure Syndrome (MOFS) fino al possibile exitus per shock «tossico»).

• N.B.: anche le enterotossine B e C sono state associate a shock tossico “non-mestruale”

Sindrome dello Shock Tossico

6 enterotossine (A, B, C, D, E, G)e la tossina TSST-1 possiedono attività di superantigene

T cell

APC

antigene superantigene

TCR

MHC II

Gli stafilococchi

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Caratteri generaliFattori di virulenza e patogenesi delle infezioni stafilococciche

Infezioni e sindromi da tossineDiagnosi delle infezioni stafilococciche

Suscettibilità agli antibiotici

…in sintesile patologie da Staphylococcus aureus

infezioni cutanee

sindromi mediate da tossineü sindrome della cute ustionataü intossicazione alimentareü enterocoliteü sindrome dello shock tossico

infezioni profonde

Staphylococcus aureus

Commensale 30% individui

PatogenoSindrome shock tossico da TSST-1

Infezioni cute e tessuti molli

SSI

PolmonitiEndocarditi

Batteriemie

Infezioni osteo-articolari

CA-MRSA

HA-MRSA

Stafilococchi: microrganismi ubiquitari, commensali, contaminanti, colonizzanti, patogeni

• Presenti su cute, soprattutto a livello di pieghe cutaneeumide, nell’orofaringe, nel tratto gastrointestinale, nel tratto urogenitale, nel nasofaringe

• La colonizzazione è basata sulla adesione degli stafilococchi ai tessuti dell’ospite, mediata dal legame degli ACIDI TEICOICI con la FIBRONECTINA connettivale.

• Il 15% delle persone è «portatore» di S. aureus nel nasofaringe. La percentuale aumenta nel personale ospedaliero (cfr: il tampone nasale/cutaneo è il campione biologico elettivo per la ricerca di S. aureus ai fini della sorveglianza delle infezioni nosocomiali da HA-MRSA/CA-MRSA).

• S. aureus: si trasmette da persona a persona per contatto diretto o con oggetti inanimati.

Trivedi B. Microbiome: The surface brigade. Nature. 2012 Dec 20;492

Trivedi B. Microbiome: The surface brigade. Nature. 2012 Dec 20;492

Staphylococcus aureusinfezioni cutanee (1)

ForuncoloInfezione acuta e spesso necrotica che si sviluppa nella porzione profonda del follicolo pilifero.Si presenta come una piccola lesione di consistenza aumentata, dolente che tende alla suppurazione

FavoAggregato di foruncoli, con Intensa reazione infiammatoria ed interessamento del tessuto connettivo circostante fino al grasso sottocutaneo

FollicoliteInfiammazione della porzione superficiale del follicolo pilifero (sicosi della barba)

Staphylococcus aureusinfezioni cutanee (2)Impetigine

ü Piodermite superficiale ü Colpisce soprattutto i bambiniü Altamente contagiosaü Chiazzette eritematose ® lesioni pustolo-bollose

bianco-giallastre ® caduta del tetto della pustola ® crosta ® caduta della crosta

Orzaiolo: quando l’infezione si verifica alla base delle palpebre.

Sicosi della barba: l’infezione dei follicoli piliferi nella zona della barba.

Ascesso stafilococcico

Staphylococcus aureusinfezioni cutanee (3)

INFEZIONI DI FERITE

• secondarie a traumi

• secondarie ad interventi chirurgici (surgical site infections, SSI).

• Infezioni di ulcere diabetiche (cfr «piede diabetico»)

Fattori predisponenti: presenza di corpi estranei

(cfr protesi e altri dispositivi medici); diabete mellito, terapie immunosopressive etc.

ü Polmoniti- da aspirazione(di liquidi secrezionietc) fattori di rischio: fibrosi cistica, influenza, malattia polmonare cronica ostruttiva

ü Batteriemia (setticemia, sepsi)

ü Endocardite

ü Osteomielite-infezione ossea

ü Artrite settica

Staphylococcus aureus: infezioni profonde

Origine: a volte il sito d'infezione primaria (focus sepsigeno) è noto (polmone, cateteri venosi, apparato osteoarticolare, gastrointestinale, infezioni cutanee), a volte no (cute??)

La batteriemia può degenerare in sepsi e shock settico

Lo shock settico può complicarsi con insufficienza multiorgano (MOFS, Multiple Organs Failure Syndrome), sindrome gravata da elevatissima mortalità (70%)

“Staphylococcal Septicemia”

Batteriemia da Staphylococcus aureus

Batteriemia persistente da Staphylococcus aureus

Lesioni petecchiali in paziente con endoardite acuta da S. aureus(mortalità del 50%!)

Complicanza frequente è la disseminazione a: - cuore (endocardite)- ossa (osteomielite)- articolazioni (artrite)- cute (ascessi metastatici cutanei)

• Secondaria a disseminazione ematogena o in seguito ad infezione traumatica o secondaria ad intervento chirurgico.

Osteomielite da Staphylococcus aureus

• Interessa spesso le ossa lunghe (tibia, femore, omero).

• Caratterizzata spesso da formazione di ascessi (ascesso di Brodie)

Caso clinico

Donna, in gravidanza, 32 anniFrattura traumatica di tibiaIntervento chirurgico di osteosintesiInfezione della ferita chirurgicaOsteomieliteBatteriemiaEndocardite (mortalità 50%)Embolizzazione polmonareEmbolizzazione articolareSepsi, sepsi grave, shock setticoMOFSExitus (mortalità 70%)

4 m

esi

S. aureusmeticillino-sensibile

Bat

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Caratteri generaliFattori di virulenza e patogenesi delle infezioni stafilococciche

Manifestazioni cliniche: infezioni e malattie da tossineDiagnosi delle infezioni stafilococciche

Suscettibilità agli antibiotici

Campioni biologici: dipende dal tipo di infezione

Esame microscopico: cocchi Gram+ ad ammassi

Esame colturale: semina in agar sangue e mannitol salt agar (MSA)

ümateriale ascessuale( essudato purulento)segni :arrossamento gonfiore dolore

(agoaspirato)ü materiale biopticoü sangue ü campioni respiratoriü tamponi ü altri

Esame microscopico diretto: sul campione biologico

cocchi Gram positivi ad ammassi, intraleucocitari

aspirato da ascesso

Emocoltura positiva per “cocchi Gram-positivi ad ammassi:Staphylococcus aureus o CoNS?

Isolamento colturalesemina in terreni solidi e/o liquidi

AGAR SANGUE

Terreni di base

MANNITOL SALT AGR

Terreni selettivi/differenziali

Identificazione delle colonieCaratteri macroscopici: colonie lisce, convesse, a margini netti, +/- lucenti, di colore giallo oro (S. aureus)/bianco grigiastro (CoNS)Esame microscopico dopo Gram: cocchi gram positiviCatalasi: positiva (sempre)Emolisi in Agar Sangue: presente (S. aureus)/assente (CoNS)Coagulasi: positiva (S. aureus)/negativa (CoNS)Identificazione biochimica: manuale/automatica

Identificazione con spettrometria di massa MALDI-TOF

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Caratteri generaliFattori di virulenza e patogenesi delle infezioni stafilococciche

Manifestazioni cliniche: infezioni e malattie da tossineDiagnosi delle infezioni stafilococciche

Suscettibilità agli antibiotici

S. aureus: evoluzione della antibiotico-resistenza (1)

S. aureuspenicillino-resistente

S. aureusintermedio-vancomicina

(VISA)

[anni 2000]

S. aureus[anni ’50]

Penicillina

[anni ’80]

Meticillina

[anni ’90]

VancomicinaS. aureusmeticillino-resistente

(MRSA)

[anni ’90] S. aureusvancomicino-resistente

(VRSA)

CoNS

CoNS: Stafilococchi coagulasi-negativiInfezioni da Staphylococcus epidermidis

ü Endocarditeü Infezioni da cateteri vascolariü Infezioni da shuntü Infezioni delle protesi articolariü Altre infezioni opportunistiche

Infezioni da Staphylococcus saprophyticusü Infezioni delle vie urinarie

Infezioni da Staphylococcus lugdunensisü Infezioni delle valvole cardiache native

Staphylococcus saprophyticus

Agenti eziologici di cistite

ü Infezioni delle vie urinarie- giovani donne in età fertile- disuria, leucocituria- carica microbica spesso < 100.000 UFC/ml- risposta rapida agli antibiotici specifici