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Virulenza

Che cos'è la virulenza?

Il concetto di virulenza esprime il grado di patogenicità di un agente microbico.

Per descriverlo compiutamente è utile definire in generale le interazioni che i microrganismi possono avere con i propri ospiti e delineare quegli elementi che ne determinano la patogenicità a vari livelli.

Fattori di virulenza di Pseudomonas aeruginosa

Fattori di virulenza di Pseudomonas aeruginosa.

Patogenicità e virulenza

Le superfici di numerosi tessuti sono colonizzate da una grande quantità di microrganismi che compongono la fauna microbica normale (FMN) senza che ciò determini alcuno stato di malattia nell'ospite.

Questa fauna è composta da organismi saprofiti, commensali o simbionti, che vivono in armonia con l'ospite e talvolta sono necessari alla sua salute.

La patogenicità, cioè la capacità di determinare uno stato patologico, è caratteristica di due gruppi di microrganismi: i Patogeni e gli Opportunisti.

I Patogeni sono sempre potenzialmente in grado di causare una infezione, mentre gli opportunisti lo diventano solo se l'ambiente in cui vivono assume determinate caratteristiche.

La patogenicità, quindi, è la capacità, in astratto, di causare infezioni e malattie, determinata dalla presenza di strutture e vie metaboliche che possano arrecare danno all'ospite.

La sola presenza del patogeno, però, non è sufficiente a scatenare l'infezione. È necessario che nell'ambiente (e quindi nei tessuti dell'ospite) vi siano un numero sufficiente di patogeni perché questi possano superare le difese immunitarie e scatenare la malattia.

La quantità di patogeni necessari ad avviare l'infezione non è sempre uguale e dipende dalla virulenza dell'agente infettivo: tanto più il microrganismo è virulento, minore sarà la concentrazione di microorganismi necessari ad evidenziarne la patogenicità.

Qual è l'unità di misura della virulenza?

L'unità di misura della virulenza è il LD-50, che esprime la concentrazione di agente infettivo in grado di uccidere il 50% degli organismi cavia in una unità di tempo standard.

Fattori di virulenza: un quadro generale

La virulenza di un batterio o di un virus dipende dalla presenza di determinate caratteristiche che prendono il nome di fattori di virulenza. Tali fattori agiscono su due livelli:

  • la tossicità , cioè la capacità di produrre sostanze tossiche e arrecare danni diretti ai tessuti dell'ospite;
  •  l'invasività, cioè la capacità del microbo di superare le barriere difensive dell'organismo ospite e penetrare all'interno dei suoi tessuti.

I fattori di virulenza, quindi, conferiscono ai microrganismi patogeni la capacità di colonizzare e invadere i tessuti e produrre effetti tossici.

Tali effetti sono generalmente associati a fattori meccanici e chimici: dal punto di vista meccanico, è l'aumento di numero dei batteri stessi che causa stress o distruzione delle cellule dell'organismo ospite; dal punto di vista chimico i patogeni producono metaboliti tossici o enzimi specifici che hanno la capacità di distruggere i tessuti o bloccarne determinate funzioni.

Fattori di virulenza di tipo anatomico

Alcuni fattori di virulenza risiedono nella stessa struttura del microbo. È il caso, ad esempio della capsula oppure della presenza di strutture superficiali speciali.

La capsula è una struttura che avvolge la parete cellulare di alcuni batteri e conferisce loro una maggiore resistenza alla fagocitosi, rendendoli quindi capaci di superare una prima barriera difensiva.

In generale, quindi, i batteri capsulati sono più virulenti di quelli non capsulati, anche se l'evoluzione ha selezionato delle specifiche difese anche per questo: molti organismi sono infatti in grado di produrre anticorpi capsula-specifici che legano questo scudo batterico facilitando l'azione dei fagociti.

Alcune strutture superficiali invece possono conferire al microbo maggiori capacità di adesione all'ospite: queste strutture sono costituite, ad esempio, da pili, flagelli o altri orpelli che evitano al microrganismo di essere rapidamente scalzato dai tessuti dell'ospite prima di riuscire a penetrarvi.

Capsula batterio

La presenza della capsula può aumentare la virulenza dei batteri rispetto a quelli non capsulati.

Fattori di virulenza di tipo chimico

Altri fattori di virulenza sono invece legati alla capacità di produrre sostanze chimiche che hanno diverse possibilità di azione:

  • facilitano l'adesione: come per i pili e i flagelli, queste sostanze agiscono sulla capacità del microbo di rimanere attaccato ai tessuti dell'ospite
  • aumentano l'invasività: si tratta di enzimi che facilitano la capacità del microbo di penetrare nell'ospite distruggendo le strutture a difesa delle cellule da infettare. Possono essere, ad esempio, enzimi proteolitici, lipasi oppure enzimi che degradano l'acido ialuronico affievolendo la coesione dei tessuti e quindi facilitandone l'invasione
  • hanno azione tossica: si distinguono due categorie di tossine: le esotossine vengono secrete dai microbi nell'ambiente extracellulare, generalmente durante l'infezione, e legano specifici recettori sulla membrana delle cellule bersaglio; le endotossine invece sono componenti sempre presenti sulla parete cellulare dei batteri Gram- e sono le principali cause delle sepsi batteriche in questo tipo di microrganismi.

Quorum Sensing

Una menzione speciale va dedicata ad un meccanismo, tipico dei batteri, basato su un segnalatore chimico rappresentato da un enzima particolare, l'omoserina lattone.

Il sistema viene definito Quorum Sensing e prevede che il batterio produca normalmente questo enzima che diffonde nell'ambiente extracellulare rappresentato dai tessuti dell'ospite. Mano a mano che che il numero dei batteri patogeni cresce, aumenta anche la concentrazione dell'enzima. Quando tale concentrazione supera un livello critico, si innesca nei batteri l'attivazione di geni che producono sostanze necessarie all'invasione delle cellule ospiti.

La ricerca sta puntando a trovare farmaci che possano interferire sul funzionamento dell'omoserina lattone in modo da frenare la virulenza di molti agenti patogeni anche in presenza di elevate cariche batteriche.

Sinergismo batterico

In alcuni casi la virulenza di un agente patogeno dipende dall'azione di altri microrganismi. Questa sinergia è alla base delle infezioni polimicrobiche, causate dall'azione simultanea di differenti batteri o virus.

Generalmente il meccanismo è innescato da una prima specie batterica, che può produrre tre effetti possibili:

  • l'ambiente viene modificato, agendo ad esempio sul pH o sulla concentrazione di ossigeno e creando le condizioni migliori per l'attacco del secondo patogeno;
  • il batterio produce un metabolita che rappresenta un nutriente per il secondo, consentendone la proliferazione fino al raggiungimento della concentrazione critica per la sua virulenza;
  • il batterio produce un metabolita che facilita l'invasione del secondo perché inibisce la risposta immunitaria specifica dell'ospite nei confronti di quest'ultimo.

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