Microbiologie medicala

Microbiologie medical ă

MICROBIOLOGIE

Prof.dr. Veronica Laz ăr

MEDICALA

A. Clasificare generală 1. Microbiota normal ă sau autohtonă, asociată sau permanent ă - este reprezentată de microorganismele indigene sau autohtone, respectiv din specii a c ăror asociere cu o anumită specie animal ă a fost stabilită în cursul evoluţiei comune. Ca urmare, acestea sunt întâlnite datorit ă caracterului lor ubicuitar la majoritatea membrilor care fac parte din comunitatea respectiv ă. Totalitatea microoorganismelor care populeaz ă tegumentele şi cavităţile naturale ale unui organism sănătos alcătuiesc microbiota normală. Este reprezentată de bacterii, microfungi şi protozoare. Au fost propuse următoarele criterii pentru diferen ţierea microorganismelor microorganismelor autohtone, de cele str ăine: prezenţa constantă la organismele convenţionale, normale; colonizarea habitatelor specifice, succesiv, la animalele tinere; colonizarea anumitor regiuni particulare ale organismului; organismului; menţinerea la nivele stabile de densitate în comunit ăţile stabile, echilibrate, la animalele adulte. 2. Microorganismele str ăine sau alohtone, alohtone, care pot fi întâlnite în orice habitat normal, provin din mediul extern, respectiv din aer, sol, alimente sau de la alte animale. Unele dintre ele pot fi patogene. Adesea sunt doar în tranzit, f ăr ă să contribuie semnificativ la activit ăţile ,,ecosistemului,, la ale cărui condiţii nu se pot adapta, ci în care pot doar supravieţui temporar. Un microorganism alohton se poate localiza într-o nişă eliberat ă de un autohton numai dac ă echilibrul acesteia este perturbat, la un organism aflat într-o condi ţie anormală. Când sistemul revine la normal, microorganismul autohton î şi reocupă nişa, eliminând specia alohton ă. Diferitele compartimente ale organismului animal apar ţin din punct de vedere microbiologic la două categorii principale: sterile şi contaminate. O a treia categorie o formeaz ă cele la care starea normal ă este de sterilitate, însă acestea pot fi contaminate temporar cu microorganisme al c ăror număr poate să crească în unele situaţii, ajungând pân ă la starea de infec ţie şi boală consecutivă. In aceste cavităţi în mod obi şnuit sterile (laringe, trahee, bronhii, sinusuri nazale, esofag, stomac, por ţiunea proximal ă a intestinului sub ţire, tractul urinar superior) care pot purta o microbiota tranzitorie, prezenţa microorganismelor şi mai ales la un anumit nivel numeric, constituie grani ţa între starea de sănătate şi cea patologic ă. Microbiota înregistrează o dinamică permanent ă în raport cu condi ţia organismului-gazdă, modificările fiind atât de ordin cantitativ, cât şi de ordin calitativ (compoziţia în specii) în raport cu diferitele particularit ăţi funcţionale ale acestuia legate de vârst ă, sex, stare fiziologică.

B. Factorii favorizanţi ai colonizării cu microorganisme caracteristice microbiotei normale Factorul determinant al coloniz ării îl constituie capacitatea microorganismelor de a adera la suprafaţa celulelor epiteliale, evitând astfel expulzarea lor. In acela şi timp aderarea la substratul celular stimulează creşterea şi multiplicarea microorganismelor, datorit ă tendin ţei nutrienţilor de a se concentra la interfa ţa solid/lichid. Aderenţa la un substrat celular are caracter de specificitate, în sensul că epiteliile cu diferite localiz ări anatomice au capacităţi de recunoa ştere şi de legare a unor bacterii diferite. Procesul se bazeaz ă pe interacţiunea dintre adezinele bacteriene (structuri extraparietale specie-specifice) şi receptorii complementari de pe suprafa ţa celulelor epiteliale ale gazdei, de natur ă glicoproteică sau glicolipidic ă. Pentru ca aderen ţa microbiană să se poată produce, este necesar să fie învinse mecanismele gazdei care se opun acestui fenomen, cum ar fi: producerea de sIgA care intervine în fenomenul de excludere imună; sinteza de lizozim care inhibă aderen ţa; sinteza de analogi analogi de receptori receptori specifici specifici (liberi, (liberi, solubili) solubili) care care se leagă de adezinele bacteriene, neutralizandu-le capacitatea de aderen ţă la celulele epiteliale (literatura de specialitate raportează şi situaţia inversă, în care bacteriile virulente produc şi elimină în mediu adezine solubile, care blocheaz ă situsurile combinative ale anticorpilor şi implicit funcţia acestora, de recunoaştere şi marcare pentru distrugere a agen ţilor patogeni). Pot interveni şi alţi factori accesori de inhibare a aderenţei: efectul antibacterian al bilei neconjugate, neconjugate, ceea ce explică numărul mic al bacteriilor din intestinul subţire; 1


-


producerea de către gazdă a unor proteine chelatoare de Fe, element indispensabil metabolismului bacterian; existenţa unor situsuri anatomice neconvenabile pentru unele microorganisme (datorit ă condiţiilor locale de pH, potential redox).

C. Microbiota normală a tegumentelor Tegumentul nu constituie o ni şă ecologic ă favorabilă creşterii microorganismelor, totuşi regiunile axilar ă, inghinală, interdigitală ofer ă condiţii de umiditate suficientă dezvoltării microorganismelor. In restul zonelor, microorganismele sunt asociate glandelor tegumentare: glandele sudoripare sunt în general lipsite de germeni, dar dac ă traseul glandei este obstruat, se creează condiţii pentru multiplicarea microorganismelor; glandele apocrine sunt glande modificate care se activeaz ă la pubertate, fiind colonizate cu microorganisme; foliculii piloşi sunt colonizaţi cu numeroase specii bacteriene, frecvente fiind: Staphylococcus epidermidis, Corynebacterium acnes. Secreţiile glandelor sebacee şi sudoripare (pH = 4– 6) con ţin substanţe nutritive favorabile creşterii bacteriilor: uree, aminoacizi, săruri, acid lactic, lipide, urme de vitamine şi glucide. Ca în orice habitat exist ă o microbiotă rezidentă compusă din bacterii care supravieţuiesc şi se multiplică şi o microbiotă tranzitorie, care dispare în timp. Predominante sunt bacteriile Gram pozitive, pentru că cele Gram negative nu pot competi ţiona pentru substan ţele nutritive; astfel se explică de ce, dacă bacteriile Gram pozitive sunt eliminate prin tratament, se creeaz ă condiţii pentru dezvoltarea celor Gram negative. Tegumentul nou-n ăscutului este acoperit de o pelicul ă de vernix caseosa, dar colonizarea începe în timpul expulziei. Dac ă iniţial pH-ul tegumentar este neutru, devine acid dup ă prima spălare, dar nou-născutul r ămâne în continuare foarte sensibil la colonizarea cu germeni pentru c ă lipseşte microbiota normală, cu rol protector împotriva germenilor patogeni (Staphylococcus aureus, Candida albicans), ceea ce impune m ăsuri de igienă sporită (spălări dese care îndep ărtează bacteriile ajunse pe piele din foliculii pilo şi, ca şi din mediul extern).

D. Microbiota normală a tubului digestiv 1. Microbiota cavit ăţii bucale. Cavitatea bucală este un habitat complex; secre ţia salivar ă, prin conţinutul său de 0,5% substanţă uscată, reprezentată de enzime, mucoproteine, proteine serice, substanţe antibacteriene (lizozim, lactoperoxidaz ă), substanţe anorganice (ioni fosfat şi bicarbonat), nu constituie un mediu optim pentru dezvoltarea microorganismelor. Totuşi suprafeţele dentare sunt medii favorabile dezvoltării bacteriilor înaintea erup ţiei dentare, în acest habitat fiind prezen ţi streptococi şi lactobacili facultativ anaerobi. Dup ă apariţia dinţilor predomină bacteriile anaerobe adaptate suprafeţelor dentare şi fisurilor gingivale. Bacteriile ader ă la smalţul dentar, iar proliferarea lor este dependent ă de producerea glucanului (polimer insolubil al glucozei), care constituie o matrice în care bacteriile se multiplică şi formează o peliculă pe suprafaţa dinţilor, numită placa dentar ă (impregnat ă cu mucoproteine şi s ăruri anorganice). Placa dentar ă rezistă la periajul normal, atingând grosimi de 60 μm în zonele ascunse. In microhabitate anaerobe sunt prezente speciile Streptococcus mutans (care produce enzima glucozil-transferaza, responsabil ă de sinteza glucanului), Actinomyces viscosus, Fusobacterium sp. Până la crearea condiţiilor anaerobe, placa dentar ă este populată de microorganisme aerobe, facultativ anaerobe, care consum ă oxigenul creând condi ţii de anaerobioz ă. Aceste microrganisme fermentează glucidele cu producere de acid lactic, care hidrolizeaz ă hidroxiapatita din smal ţul subiacent şi conduc la apari ţia cariei dentare. Prezenţa fluorului în smalţul dentar, creşte rezistenţa acestuia la hidroliză. Rolul microbiotei bucale în cariogenez ă a fost stabilit prin studii asupra animalelor axenice (germ-free), care hr ănite fiind cu o dietă bogat ă în glucide, dar sterilă, nu fac carii dentare. In compoziţia salivei există şi factori inhibitori ai aderenţei celulelor de suportul dentar prin intermediul glicocalixului: mucoproteinele salivare care competiţioneaz ă cu cele bacteriene pentru situsurile de legare pentru bacterii la nivelul matricei pl ăcii dentare (au structuri chimice asemănătoare şi afinitate mai mare pentru plac ă, decât bacteriile); sIgA care determină aglutinarea bacteriilor care devin astfel incapabile s ă mai adere la suprafaţa dentar ă; Dimpotrivă, fibronectina - o glicoprotein ă (g.m. = 440 kDa) prezentă în ser, dar şi în salivă (secretată de glandele salivare) şi pe suprafaţa celulelor epiteliale ale mucoasei bucale, favorizeaz ă aderen ţa bacteriilor Gram pozitive în special, la celulele mucoasei. Prin cre şterea activităţii proteolitice 2



a salivei, fibronectina poate fi scindată, ceea ce favorizeaz ă aderen ţa bacteriilor Gram negative: Pseudomonas sp., enterobacterii condiţionat-patogene, responsabile de mirosul nepl ăcut al gurii sau halenă. 2. Microbiota normal ă a stomacului şi intestinului Colonizarea bacteriană a tractului gastrointestinal neonatal începe în timpul na şterii, când nou-născutul vine în contact cu cervixul matern şi microbiota vaginal ă. La copiii născuţi prin cezariană, bacteriile colonizatoare ale tractului gastrointestinal provin din mediu. Primele bacterii prezente la majoritatea copiilor sănătoşi, sunt facultativ anaerobe şi acestea r ămân predominante în timpul primelor două săptămâni de viaţă. Speciile cele mai comune izolate din microbiota nou-n ăscutului la naştere, apar ţin genurilor: Staphylococcus, Corynebacterium, Propionibacterium şi Streptococcus. Alimentaţia pare să moduleze pattern-ul de colonizare. La om, laptele matern joaca un rol în imunitatea pasivă a nou-născutului şi conţine factori care stimulează creşterea speciei Bifidobacterium bifidum în intestin. Alimentaţia artificială stimulează implantarea şi persistenţa speciei Clostridium perfringens. Rezultatele sugereaz ă existenţa unui antagonism între B. bifidum şi C. perfringens, care poate fi intensificat de tipul de alimenta ţie. 2 Tractul gastrointestinal, reprezentând o suprafa ţă de aprox. 500 m , este principalul rezervor 14 de bacterii, estimat la un numar de aprox. 10 celule microbiene care contamineaz ă suprafeţele 13 corpului (constituit din 10 celule) încă de la naştere. Variaţii pronunţate în densit ăţile popula ţionale bacteriene sunt observate la diferite nivele ale tractului gastrointestinal. Num ărul bacteriilor ingerate este redus drastic datorit ă acidităţii gastrice. O densitate scăzută de microorganisme este men ţinută în intestinul subţire, mecanismul major de control al acestei popula ţii fiind motilitatea intestinal ă, care face ca organismele neaderate doar s ă traverseze intestinul. Cele mai mari densit ăţi de bacterii sunt prezente în colon. Structura acestor compartimente influenţează colonizarea cu microorganisme, principalul factor fiind mucusul de pe mucoasa acestor cavit ăţi, care conţine mucoproteine şi glicolipide. Mucusul formează un film, o pelicul ă care se suprapune glicocalixului structural al celulelor epiteliale mucoase. Mucusul poate reprezenta un substrat nutritiv pentru acele microorganisme dotate cu un echipament enzimatic corespunzator. Conţinutul cavitar al stomacului şi intestinului subţire proximal este steril, pentru ca microorganismele p ătrunse odată cu hrana şi apa sunt omorâte de pH-ul gastric foarte acid. In pelicula de mucus îns ă sunt prezenţi lactobacili şi streptococi aerotoleranţi. In acest compartiment pot fi prezente levuri apar ţinând genului Candida, ca şi un numar mic de bacterii anaerobe apar ţinând genurilor Bifidobacterium, Peptostreptococcus, Clostridium, Veillonella. Bariera intestinal ă este un epiteliu format din mai multe tipuri de celule conectate prin legături strânse, reprezentate de: celule absorbtive columnare, celule secretorii în form ă de cupă, celule M şi celule Paneth. Acest ultim tip de celule, situate la baza criptelor intestinului subţire, rare pe suprafaţa epiteliului, sunt celule fagocitare care produc lizozim şi alţi produşi antimicrobieni, dar func ţia principală a acestor celule este de a secreta mucus care învele şte suprafaţa mucoasei intestinale. Majoritatea celulelor epiteliale sunt celule columnare absorbtive, ale căror funcţii majore sunt: 1) conferirea caracterului de barier ă epitelial ă impermeabil ă fiziologic şi 2) absobţia şi transportul nutrienţilor. Pe suprafaţa apicală (luminal ă) a celulelor epiteliale intestinale se g ăsesc structuri bine definite - «microvili», proiecţii digitiforme ale membranei acestor celule, sus ţinute de actină. Anumiţi patogeni ader ă la microvili şi nu deformează membrana. Alţi patogeni alterează suprafaţa apicală, adesea distrugând microvilii şi furnizând astfel patogenilor o suprafa ţă suplimentar ă de aderenţă. Salmonella sp. denudeaz ă microvilii, celulele deformate devenind mai sensibile la invazia bacteriană. Produşii metabolici bacterieni pot afecta viabilitatea celulelor-gazdă sau funcţiile acestora, dar influenţează şi localizarea altor microorganisme în comunit ăţile aderente. Unele bacterii au capacitatea de a penetra membrana celulelor-gazd ă pe care le invadeaz ă. Astfel de patogeni invazivi pot fi enterobacteriile patogene (Salmonella sp.), dar şi unii membri nepatogeni (condi ţionat-patogeni) ai microbiotei intestinale normale, care trec din lumenul intestinal în ţesutul subepitelial, prin procese de endocitoză/exocitoză realizate de către celulele M (microfold) din epiteliul care acoper ă plăcile Peyer (care sunt mai proeminente în ileum), diferite ultrastructural de celulele absorbtive învecinate. Anumiţi patogeni ai mucoasei intestinale sunt incapabili s ă adere la suprafaţa apicală a celulelor epiteliale polarizate; de ex., Yersinia sp., Shigella sp. interacţioneaz ă specific numai cu suprafaţa bazolaterală a acestora, ceea ce constituie o curiozitate din moment ce aceast ă suprafaţă nu este expus ă patogenilor exogeni. Una din ipotezele care încearc ă să explice fenomenul este aceea că aceşti patogeni atrag leucocitele PMNN printr-un efect chimiotactic pozitiv, iar acestea, în mişcarea lor către bacterii, realizează breşe în bariera epitelial ă, desf ăcând joncţiunile strânse, moment în care bacteriile sunt internalizate sau p ătrund printre celule, ajungând la suprafe ţele bazolaterale ale acestora, la nivelul receptorilor specifici. Celulele M, un tip unic de celule, formează 10 % dintre celulele epiteliului intestinal la om şi şoarece, fiind dispersate prinre celulele absorbtive şi cele ale epiteliului asociat foliculilor limfatici şi ataşate celulelor adiacente prin jonc ţiuni strânse. Suprafaţa apicală a celulelor M prezintă microvili 3



(margine în perie) scur ţi, neregulaţi, iar cea antiluminală este invaginat ă pentru a forma un buzunar central, în care migreaz ă limfocite şi macrofage. Nivelele scăzute ale conţinutului în enzime digestive al acestor celule este un indiciu ca func ţia lor esenţială nu este cea digestivă. Morfologia lor sugereaz ă funcţia de transport transepitelial al moleculelor şi particulelor nedigerate. Materialul transportat este probabil prezentat celulelor limfoide, rol sugerat de apropierea strâns ă dintre aceste celule şi diferite CPA (celule prezentatoare de antigen) care prelucreaz ă antigenele prezente în buzunarul lor central. Acest sistem de transport şi prelucrare a antigenelor, devine o cale de invazie pentru unii patogeni enterici bacterieni care utilizeaz ă mişcarea transepitelială prin celulele M ca poartă de intrare prin bariera intestinal ă. Exemple de astfel de patogeni : Yersinia sp., Shigella flexneri, Salmonella sp. ( salmonelele pot p ătrunde şi prin celulele columnare ), Campylobacter jejuni , tulpini de E. coli enteropatogene . In contradicţie cu necesitatea existen ţei unei bariere fiziologice (furnizat ă de celulele columnare), protecţia gazdei prin procese imunologice necesit ă ca macromoleculele şi microparticulele să aibă o cale de penetrare a acestei bariere, spre sistemul limfoid asociat intestinului reprezentat de plăci Peyer, foliculi limfatici izolaţi, apendice şi noduli limfatici mezenterici, care alcătuiesc împreună sistemul GALT ( Ga stric Associated Lymphoid T issue). Prin infectarea experimental ă a iepurelui cu o tulpin ă enteropatogen ă de E. coli , s-au studiat la microscopul electronic de baleiaj modific ările produse ca urmare a aderen ţei bacteriilor la mucoasa intestinală (fig. 1). Microbiota intestinală complex ă şi relaţiile sale cu organismul gazd ă au fost asemănate cu un ecosistem, în care micropopula ţia indigenă protejează organismele umane şi animale împotriva colonizării cu bacterii alohtone invadatoare. Inc ă din timpul lui Metchnikoff acest fenomen a fost observat şi descris ca “antagonism bacterian”, “efect de barier ă” sau “rezistenţă la colonizare”. Prin activităţile lor metabolice, prin interac ţiunile dintre ele, ca şi cu cele alohtone, microorganismele autohtone se opun aderen ţei şi colonizării mucoasei intestinale cu microorganisme patogene (pătrunse de la exterior odat ă cu alimentele, apa, aerul), contribuind prin aceasta la starea de sănătate a gazdei. 11

3. Microbiota colonului. In intestinul gros microbiota realizeaz ă densit ăţi mari (10 / g conţinut colonic), 99% dintre bacteriile componente fiind anaerobe (sute de specii, dintre care pu ţine sunt cultivate şi identificate). Condiţiile de anaerobioz ă sunt create de Escherichi coli şi germenii coliformi (0,1- 1 %) care sunt facultativ anaerobi, consumând oxigenul şi creând condi ţii de anaerobioz ă. La acestea se adaug ă microorganisme alohtone, prezen ţa lor fiind semnificativă atunci 6 când depăşesc densitatea de 10 /g conţinut intestinal. Din punct de vedere calitativ şi cantitativ microbiota este foarte constant ă şi rezistă aportului de microorganisme exogene. De exemplu, o tulpină de Escherichi coli nu poate fi înlocuit ă de altă tulpină, chiar dacă aportul este masiv. Aceste popula ţii se pot modifica dac ă au loc modificări biochimice ale epiteliului, sub influen ţa hormonală, de exemplu. O altă cauză a modificării microbiotei normale ale c ărei specii se găsesc în mod normal întro stare de echilibru, numită eubioz ă, poate fi tratamentul pe cale oral ă cu antibiotice de spectru larg, care elimină microorganismele sensibile; dacă dieta nu substituie aceste pierderi (produse probiotice), se dezvoltă excesiv microorganismele rezistente, cum ar fi specii de Staphylococcus şi Proteus ce determin ă infecţii dificil de tratat, dar şi levuri (ex: Candida albicans) care determină infecţii denumite candidoze postantibioterapie, ca rezultat al debalans ărilor numerice dintre speciile microbiotei normale (stare de disbioz ă). 4. Rolul fiziologic al microbiotei gastrointestinale A fost studiat şi dovedit experimental pe animale axenice (gr. a = f ăr ă, xenos = str ăin) – animale născute şi întreţinute în condi ţii de mediu steril, lipsite de microbiota normal ă, comparativ cu animalele convenţionale sau holoxenice. Astfel, s-a dovedit că microbiota normală, în special cea intestinală, exercită mai multe efecte benefice asupra organismului-gazd ă: 1) Microbiota intestinală normală este absolut necesar ă dezvoltării normale a intestinului; o dovad ă în acest sens este că la animalele axenice intestinul prezint ă modificări anatomice şi histologice, fiind aton şi cu o func ţionalitate subnormal ă; efectele par să fie legate de absen ţa unor metaboli ţi microbieni care stimuleaz ă, printr-un mecanism necunoscut, dezvoltarea normal ă a intestinului; 2) Microorganismele din microbiota intestinal ă sintetizează o gamă largă de vitamine, cum ar fi: tiamina, piridoxina, acidul folic, acidul pantotenic, biotina, riboflavina, vitamina K şi vitamina B12. Nu se cunoaşte exact în ce măsur ă aceste vitamine sunt folosite şi de organismul-gazd ă, deoarece locul lor de producere - mai ales colonul, nu este specializat în absorb ţie;

4



Fig. 1. Imagini la microscopul electronic de baleiaj (A, C - F) şi de transmisie (B) ale unor fragmente de intestin de iepure, după 24 de ore de la infecţia cu o tulpină de E. coli enteropatogenă la iepure REPEC O103 ; A) - microvili ileali cu aspect normal ; B) – în timpul stadiilor timpurii ale infecţiei, bacteriile exprimă structuri de suprafaţă fibrilare care realizează o aderenţă iniţială laxă la celulele gazdă epiteliale (bara = 1µm); C şi D - ca r ăspuns la infecţie, microvilii enterocitelor de pe suprafaţa plăcilor Peyer prezintă structuri neregulate bowl-like (în formă de cupă sau bol); E – F – o reţea de agregate de bacterii intim asociate unui material mucoid flocular sau filamentos care acoper ă o parte a epiteliului (după Heczko şi col., 2000).

3) Rolul microbiotei intestinale în digestie - rol major în cazul mamiferelor rumegătoare, în timp ce la om acest rol este accesoriu; astfel procesul de digestie poate continua în colon sub ac ţiunea microorganismelor pentru alimente nedegradate (pentru care nu exist ă enzime specifice) sau degradate par ţial în etajele superioare (stomac, intestin sub ţire), cum ar fi celuloza, hemiceluloze, amidon, proteine, acizi nucleici, glucide cu molecula mic ă, ca de exemplu stahioza din fasole. La acestea se adaugă şi molecule endogene: imunoglobuline, constituen ţi ai celulelor epiteliale descuamate, mucus intestinal. Din procesele de fermenta ţie a glucidelor realizate de bacteriile lactice rezultă acid lactic şi acizi graşi cu lanţ scurt (AGLS), din care o parte sunt absorbi ţi şi metabolizaţi de către organismul-gazdă, reprezentând o sursă importantă de energie în cazul persoanelor cu o alimenta ţie bogată în fibre vegetale; 4) Microbiota normală exercită şi un efect de stimulare a dezvolt ării normale a sistemului imunitar şi a reacţiilor de apărare ale gazdei. Se consider ă că bacteriile indigene din organismul mamiferelor constitutie un set de antigene quasi-self cu un rol important în procesul de diferen ţiere a limfocitelor B. 5



5) Prin activităţile lor metabolice, prin interac ţiunile dintre ele, ca şi cu cele alohtone, microorganismele autohtone se opun aderen ţei şi colonizării mucoasei intestinale cu microorganisme patogene, contribuind şi prin aceasta la starea de s ănătate a gazdei. Acest efect este denumit “efect de barier ă antiinfecţioasă” sau “rezistenţă la colonizare”. O dovadă în acest sens au adus studiile pe animale axenice (= engl. germ-free = libere de germeni), care pot fi infectate foarte u şor per os cu Shigella flexneri sau cu Salmonella enteritidis, doza infectantă minimă fiind de 10 celule bacteriene; acestea se localizeaz ă în intestin, se multiplică până ating o densitate maxim ă de 1 – 10 mld./ g con ţinut intestinal în 12 – 24 h, dup ă care se stabilizează. In aceleaşi condiţii, animalele holoxenice, purt ătoare ale unei microbiote normale complexe, elimină bacteriile infectante cu aceea şi viteză cu care îndepărtează un marker de control inert (spori apar ţinând unei tulpini termofile de Bacillus subtilis care nu germinează în organismul 6 gazdă). Doza infectantă în acest caz este de 10 celule de Salmonella enteritidis. Acest fenomen prin care microbiota normală a unui organism holoxenic se opune coloniz ării cu microoganisme alohtone, este denumit efect de barier ă sau rezistenţă la colonizare (Ducluzeau, 1970). După unii autori, rezistenţa la colonizare, numit ă şi excludere competitiv ă este considerată un caz particular al efectului de barier ă, constituind un mecanism exercitat de bacteriile intestinale indigene, care controleaz ă colonizarea intestinală de c ătre microorganismele patogene sau poten ţial patogene şi fiind considerat un mecanism esenţial, deficitar în cazul organismelor compromise din punct de vedere imunologic. Se apreciaz ă că rezistenţa la colonizare ar manifesta trei grade de intensitate, care conduc la : 1) eliminarea rapid ă a microorganismelor str ăine; 2) bariera permisivă, care asigur ă menţinerea temporar ă a microorganismelor alohtone, inofensive pentru gazda care devine astfel «purtător» ; 3) efect curativ, de îndep ărtare a microorganismelor str ăine în câteva zile – acest tip de r ăspuns poate fi exploatat ă în favoarea omului (de ex., cu tulpini probiotice). Datorită funcţiei de barier ă, majoritatea încercărilor de implantare a unor bacterii str ăine sunt abortive. De exemplu, se recomand ă în timpul tratamentului sau postantibioterapie introducerea iaurtului în diet ă, produs de fermentaţie care conţine celule vii de Lactobacillus bulgaricus. Ori, lactobacilii izolaţi din materiile fecale dup ă tratament, nu sunt cei introduşi (cu care se pot confunda), ci apar ţin unor tulpini indigene a c ăror creştere este stimulată de alimentaţia lactată.

Mecanismele rezisten ţei la colonizare sunt următoarele: 1) Antagonismul microorganismelor indigene fa ţă de patogeni are un rol esen ţial şi se datoreaz ă acţiunii sinergice a mai multor bacterii din microbiota normal ă şi antagoniste faţă de cele alohtone; a) antagonism nespecific – prin producerea de c ătre microorganismele indigene a unor metaboli ţi toxici: acizi graşi volatili, H2S, substanţe inhibitorii ale creşterii (de ex. acid lactic); b) antagonism specific – prin producerea de bacteriocine sau alte tipuri de substan ţe antibiotice; argument: streptococii α-hemolitici tip viridans din faringe, produc ători de bacteriocine, împiedică implantarea speciilor patogene; îndep ărtarea streptococilor α-hemolitici cu antibiotice creeaz ă un vid ecologic şi este urmată de colonizarea orofaringelui cu specii patogene, cum ar fi : Streptococcus pyogenes, S. pneumoniae, S. agalactiae, dar şi Neisseria meningitidis, Legionella pneumophila, Candida albicans; 2) producerea de modific ări fizico-chimice ale mediului (pH, poten ţial de oxidoreducere) care fac anumite ni şe ecologice improprii pentru colonizare; 3) inhibarea fenomenului de aderen ţă microbiană la substratul celular sensibil, o precondi ţie sine qua non a proceselor de colonizare şi infecţie consecutivă; mecanismul are la baz ă competiţia pentru situsurile de aderen ţă, fapt dovedit de numeroase observa ţii microscopice care au evidenţiat celule bacteriene aderente la tegumente şi mucoase; 4) degradarea toxinelor bacteriei patogene de c ătre microorganismele autohtone; acest mecanism explică diferenţele de toxicitate între toxinele administrate per os şi parenteral; 5) competiţia pentru nutrienţi are un rol minor, microbiota intestinală utilizând substanţe din dietă (supuse hidrolizei, fermentaţiei), nedegradate de enzimele gazdei. Datorită efectului de barier ă antiinfecţioasă la nivelul tubului digestiv, microbiota intestinal ă normală se opune instal ării şi prolifer ării bacteriilor vii ingerate de c ătre gazdă. In literatura de specialitate există un număr restrâns de date privitoare la bacteriile care exercit ă un efect de barier ă în tubul digestiv al unui organism holoxenic. Această carenţă a cunoştintelor se explică prin necesitatea şi dificultatea în acelaşi timp de a dispune de animale axenice care, îns ămânţate cu bacterii cunoscute, devin organisme şi modele de studiu gnotoxenice (- biotice), care permit evaluarea comparativ ă a efectului de barier ă a diferitelor specii bacteriene. Astfel de modele sunt necesare pentru că studiul in vitro al interacţiunilor interspecifice la bacterii nu permite extrapolarea rezultatelor asupra interac ţiunilor care se petrec in vivo în tubul digestiv al animalelor gnotoxenice. De ex.: Shigella flexneri este sensibilă in vitro la aciditatea organic ă; in vivo, prin asocierea speciei S. flexneri 6



cu Bacteroides sp., care produce acid acetic în cantit ăţi suficiente pentru a inhiba in vitro dezvoltarea unei culturi de S. flexneri, se constată lipsa oricărui efect inhibitor exercitat de Bacteroides sp. asupra S. flexneri. In alte cazuri efectul de barier ă se manifestă atât in vitro cât şi in vivo: de ex., anumite tulpini de E. coli faţă de S. flexneri . Dar nici modelele gnotoxenice (respectiv dixenice) nu sunt echivalente celor holoxenice; un argument în acest sens îl constituie faptul că E. coli elimină S. flexneri la şoarecii dixenici, dar nu şi în cei holoxenici; la şoarecii holoxenici este stabilit c ă bacteriile cu efect de barier ă împotriva speciei S. flexneri sunt strict anaerobe, sporulate, care fac parte din micropopula ţia dominantă a tubului digestiv (acestea exercită şi un efect de barier ă drastic împotriva bacteriei anaerobe patogene Clostridium perfringens). Nu întotdeauna primul ocupant al tubului digestiv are efect de barier ă; astfel, celulele de Lactobacillus casei dintr-un preparat comercial sunt eliminate de c ătre E. coli . Astfel de studii evidenţiază şi alte aspecte ale efectului de barier ă: Bacillus licheniformis produce in situ în partea superioar ă a tubului digestiv (stomac sau duoden) o substan ţă antibiotică asemănătoare bacitracinei, inhibitoare a coloniz ării cu Clostridium perfringens. Când acest antibiotic este produs in situ nu se observă niciodat ă apariţia de mutante rezistente la acest antibiotic. B. licheniformis asociat cu Lactobacillus sp. nu mai produce acest antibiotic, de şi supravieţuieşte în număr mare. Uneori este important ă şi ordinea în care se face colonizarea: de exemplu, dac ă prima bacterie colonizatoare este C. perfringens şi apoi B. licheniformis, aceasta din urmă nu produce antibioticul, cele dou ă bacterii coexistând f ăr ă să interfere. Efectul de barier ă poate fi modificat de dieta gazdei (fermentarea lactozei are loc în cecum cu producere de acid lactic; glucoza este rapid absorbită şi astfel efectul său este diferit). Un alt tip de efect de barier ă (al cărui mecanism este necunoscut) se manifest ă prin persistenţa unei tulpini date în micropopula ţia subdominant ă; un exemplu în acest sens îl ofer ă E. coli 6 care nu este eliminată, dar marimea populaţiei nu depăşeşte densitatea de 10 celule/ g de materii fecale proaspete (maximum 1% din totalul microbiotei intestinale), acesta fiind considerat un exemplu de barier ă permisivă. In concluzie, anumite bacterii intestinale exercit ă în ecosistemul gazdă – microbiota tubului digestiv fie un efect drastic conducând la eliminare, fie permisiv asupra bacteriilor exogene, efectul permisiv manifestându-se în special asupra bacteriilor poten ţial patogene. Acest mecanism de apărare de care dispune gazda pentru a se opune agresiunilor bacteriene este înc ă insuficient explorat. In domeniul microbiologiei medicale, s-a conturat în ultimul timp o concep ţie ecologic ă în studiul agen ţilor infecţioşi în interacţiune cu gazda lor. Importanţa funcţiei de barier ă antiinfecţioasă este demonstrată de numeroase observatii: microbiota intestinală inhibă creşterea unor patogeni importan ţi, cum ar fi : Vibrio cholerae, Salmonella sp., Shigella dysenteriae; suprimarea microbiotei normale cu antibiotice reduce semnificativ rezisten ţa faţă de aceste bacterii patogene; suprimarea microbiotei bucofaringiene normale cu antibiotice este urmata de instalarea prompt ă a unor bacterii patogene: Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Neisseria meningitidis. microorganismele rezidente în regiunea endocervicală uterină (Lactobacillus sp., Corynebacterium sp., Streptococcus sp., Neisseria sp., Candida albicans) inhibă activitatea metabolică şi implantarea speciei patogene Neisseria gonorrhoeae. Rolul de barier ă antiinfecţioasă, ca şi cel de stimulare a mecanismelor imunitare (demonstrat la animalele axenice care prezint ă leucopenie, fagocite hiporeactive, ţesut limfoid subdezvoltat, titru scazut de anticorpi şi interferoni) demonstrează că microbiota intestinală normală protejează organismul gazdă faţă de infecţiile cu un număr moderat de patogeni enterici, p ătrunşi pe cale bucală (rol similar şi în cazul microbiotei din alte situsuri). Intre speciile permanente se p ăstrează propor ţii constante, microbiota având un grad de stabilitate, manifestată între altele şi prin dificultatea implantării de tulpini noi. Populaţiile de microrganisme din sistemul digestiv împreun ă cu gazda alcătuiesc un sistem ecologic, al cărui echilibru este absolut necesar pentru s ănătatea individului, fapt demonstrat de abolirea acestui efect prin administrarea de antibiotice. Din punct de vedere ecologic, declan şarea unei infec ţii intestinale este consecin ţa a două fenomene care au loc simultan: 1) pătrunderea unui agent infec ţios în intestin; 2) supresia efectului de barier ă şi a funcţiei sale de a se opune implant ării şi multiplicării bacteriilor patogene. Cunoa şterea mai în detaliu a bacteriilor cu rol de barier ă, a substanţelor produse, constituie premise pentru eliminarea unui efect nedorit, ca si pentru implantarea unor tulpini adecvate la nou-n ăscut.

Microorganisme probiotice. Termenul a fost utilizat pentru prima dat ă în 1965 şi se utilizează încă, deşi semnificaţia sa a variat în timp; în 1974 prin acest termen se în ţelegea orice supliment alimentar cu efect asupra gazdei, prin modificarea microbiotei intestinale. In 1989 Fuller a dat o altă accepţiune termenului: orice organism viu ad ăugat alimentelor, care influen ţează benefic 7



organismul gazdă, prin ameliorarea echilibrului microorganismelor din tubul digestiv. Preparatele probiotice, sub diferite forme (capsule, granule sau suspensii ad ăugate în hrană), pot conţine unul sau mai multe tipuri de bacterii, cum ar fi : Lactobacillus bulgaricus, L. acidophilus, L. casei, L. helveticus, L. lactis, L. salivarius, L. plantarum, Bifidobacterium sp., Streptococcus termophilus. Modul lor de acţiune este direct, printr-un efect antagonist datorat producerii de substan ţe antimicrobiene (acizi organici care determină scăderea pH-ului, H 2O2, substanţe bacteriocine – like, biosurfactanţi), competi ţiei pentru nutrienţi sau pentru situsurile de ataşare la substratul celular, care previne colonizarea acestuia cu bacterii patogene (este demonstrat c ă ader ă şi celule omorâte de lactobacili). Probioticele mai pot acţiona prin modificări metabolice, prin stimularea imunit ăţii (activarea macrofagelor, stimularea sintezei de anticorpi). Efecte : -stimularea creşterii organismului gazd ă (prin îmbunătăţirea conversiei hranei şi protecţia împotriva infecţiilor intestinale, contribuind la reducerea ratei morbidit ăţii şi mortalităţii); înlocuirea antibioticelor şi aditivilor chimici sintetici la animalele de crescătorie; atenuarea fenomenului de intoleran ţă la lactoză (deficitul de β- galactozidază al gazdei este compensat de prezen ţa acestei enzime în echipamentul enzimatic al bacteriilor lactozo-fermentative) ; se consider ă că speciile de Lactobacillus ar avea şi un efect anticancerigen (prin supresia nitrat-reductazei şi a formării nitrozaminelor); Există şi situaţii în care microorganisme care nu fac parte din ecosistemul tubului digestiv pe care îl tranzitează, exercită totuşi un efect antagonic (preventiv sau curativ): administrarea preventivă a speciei Saccharomyces boulardii reduce mortalitatea  şobolanilor gnotoxenici inocula ţi oral cu Clostridium difficile, la care se observă scăderea producţiei de citotoxină, în timp ce num ărul celulelor este pu ţin modificat;  glucanul din peretele celular al levurilor ( Saccharomyces cerevisiae) activează complementul şi fagocitele, având un efect protector în infecţiile bacteriene, fungice şi parazitare; produşii de metabolism stimuleaz ă creşterea lactobacililor indigeni. 

Rolul negativ al microbiotei intestinale 1. Microbiota colonului este semnificativ ă pentru patologie, determinând infecţii oportuniste, când integritatea peretelui celular este compromis ă, infecţiile fiind complicaţii severe postoperatorii (apendicite, diverticulite), multe dintre acestea fiind de origine endogen ă. Numeroase bacterii indigene se pot comporta ca «oportuniste», determinând complica ţii mai ales la persoanele imunosupresate sau ca «invadatori secundari» dup ă unele infecţii grave. 2. Transloca ţia bacteriilor din intestin este un fenomen de trecere a bacteriilor din lumenul intestinal în ganglionii mezenterici, prin epiteliul intestinal intact, mai exact prin enterocite (celulele absorbtive), spre membrana bazal ă a mucoasei intestinale, ajungând în canalele limfatice sau direct în ficat şi alte organe, pe cale vascular ă. Mai rar, este posibilă migrarea retrogradă, în plămân. Deci translocaţia este urmată adesea de localizarea bacteriior în diferite situsuri extraintestinale şi are loc mai ales la persoanele imunosupresate, expuse unor traumatisme mari sau unor interven ţii chirurgicale, conducând la complica ţii infecţioase grave, adesea sistemice şi cu o rată mare a mortalităţii. Fenomenul este semnalat exclusiv la bacteriile aerobe, facultativ anaerobe, cum ar fi : E. coli, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Enterococcus sp., Streptococcus sp., Lactobacillus sp., Staphylococcus sp., Candida albicans. La acestea se adaug ă Salmonella sp., Listeria monocytogenes care supravieţuiesc sau se multiplic ă în macrofage, putând să fie transportate în situsuri extraintestinale. Bacteriile strict anaerobe nu sunt translocate în mod normal, dar pot fi translocate împreună cu bacteriile strict şi facultativ aerobe, la organismele la care integritatea mucoasei intestinale este grav afectat ă (prin iradiere masivă, arsuri grave, ischemie mezenterică acută) şi abolite mecanismele care controleaz ă translocaţia selectivă. Bacteriile anaerobe nu se pot lega de situsurile receptoare ale enterocitelor, ci pot migra doar prin epiteliul lezat. Raportul dintre bacteriile anaerobe şi cele aerobe (strict sau facultativ) în intestin variază între 100:1 şi 1000:1, ceea ce demonstrează că translocaţia nu este dependent ă de densitate. Rolul bacteriilor strict anaerobe în ecologia intestinal ă este acela de a limita multiplicarea excesiv ă şi translocaţia bacteriilor aerobe poten ţial patogene urmat ă de colonizarea unor situsuri extraintestinale, prin mecanismul rezistenţei la colonizare. Din acest unghi de vedere, transloca ţia ar fi determinată de incapacitatea bacteriilor strict anaerobe de a-şi exercita această funcţie de control. 3. Demnă de analizat este şi relaţia cauză – efect între microbiota normală – cancer ; s-a sugerat adesea că bacteriile intestinale pot juca un rol în ini ţierea cancerului de colon, prin producerea

8



de carcinogeni, cocarcinogeni şi procarcinogeni. In această relaţie se poate vorbi de o corela ţie directă sau indirectă. Corelaţie directă. Astfel, în etiologia maladiei Whipple, numit ă iniţial lipodistrofia intestinală sau histioreticuloza grav ă intestinală, caracterizată din punct de vedere anatomic prin depozite de gr ăsime în ganglionii mezenterici şi clinic prin steatoree, ascită chiloasă, poliartrită, subfebrilitate, denutriţie progresivă, pigmentaţia mucoasei bucale, manifest ări neurologice, a fost implicat ă bacteria Corynebacterium anaerobium, identificată în 1992 prin metode moleculare (PCR) ca o specie nou ă, denumit ă Tropherima whippelii . Corelaţie indirect ă. Se acceptă că majoritatea cancerelor umane au în etiologia lor şi un factor de mediu; astfel, multe forme de cancer sunt legate de alimentaţie. Microbiota intestinală joacă un rol cheie ca intermediar în această relaţie, producând în cursul metabolismului substan ţe cancerigene şi promotori. De exemplu, metabolismul unor aminoacizi poate conduce la apari ţia unor compuşi cancerigeni: -metionina in vitro este metabolizată sub forma analogului s ău S-etil etionina, de către unele specii bacteriene (inclusiv specii componente ale microbiotei intestinale normale), când sunt cultivate pe medii cu s ăruri minerale şi glucoză, îmbogăţite cu sulfaţi şi metionină. Se pare că etionina ar avea un rol în cancerogeneza colonului; - tirozina este metabolizată de către microbiota intestinală, rezultând fenoli volatili (fenol, pcrezol, 4-etil-fenol), care sunt absorbi ţi din intestin şi excretaţi în urină. Un om sănătos excretă 50 – 100 mg de fenoli volatili urinari/zi (mai ales p-crezol). S-a demonstrat experimental că aplicarea locală de fenoli induce dezvoltarea cancerului de piele la şoareci. Fenolii volatili produ şi de bacterii au fost puşi în evidenţă în sucul intestinal, urină şi fecale la bolnavii care con ţin în intestinul gros o popula ţie bacteriană foarte abundent ă şi densitatea lor este în func ţie de alimenta ţia proteică şi de durata tranzitului intestinal; - triptofanul este metabolizat în ficat şi sub influenţa microbiotei intestinale, produşii rezultaţi fiind eliminaţi în urină. Anumiţi cercetători afirmă că metaboli ţi ai triptofanului ar fi implica ţi în producerea cancerului vezicii urinare la om. Formarea N-nitrozo compu şilor – in vivo aceşti compuşi se formează din nitriţi şi compuşi aminaţi, în mediu acid sau neutru, sub ac ţiunea enzimelor bacteriene. Aceast ă transformare poate avea loc oriunde, dac ă nitriţii, compuşii aminaţi nitrozabili şi bacteriile coexistă. N-nitrozaminele au fost puse în eviden ţă în salivă, stomac, colon, vezica urinar ă şi vagin, dar sunt re ţinute datorită caracterului lor organotrop, numai dac ă sunt activate local. Studii epidemiologice au ajuns la concluzia c ă în zonele unde se consum ă cantităţi mari de nitraţi, incidenţa cancerului gastric este mai mare decât la persoanele cu dieta sarac ă în nitraţi. Nu se ştie dacă stomacul este organul ţintă pentru toate nitrozaminele produse în organism sau dac ă nitrozaminele produse la acest nivel sunt activate local de microbiota gastrică. Prin alimentaţie se consumă în general o cantitate mică de nitriţi, dar nitraţii aflaţi în alimente în cantităţi destul de mari, sunt reduşi la nitriţi de către unele specii bacteriene (de ex. enterobacterii). Prin cuplarea nitriţilor cu aminele alimentare şi cu cele secundare utilizate ca prezervanţi, rezultă nitrosamine cancerigene. După unii autori, riscul ar fi minor deoarece nitra ţii ar fi absorbiţi înainte de a ajunge în contact cu microbiota intestinal ă. N-nitrozo compuşii (N-nitrozamine care sunt organotrope şi induc tumori în organele specifice şi N-nitrozamide care sunt direct cancerigene) formează un grup de substan ţe cu puternic efect carcinogen asupra tuturor speciilor animale testate, fiind astfel greu de crezut c ă specia umană ar face excepţie. Etiologia cancerului colo-rectal este explicat ă în prezent prin ipoteza multifactorială, riscul individual pentru aceast ă boal ă fiind determinat de factori genetici, dar apari ţia acestei forme de cancer ar putea fi mediată şi de bacterii, în funcţie de factorii alimentari. Incidenţa cancerului de colon şi a colopatiilor este redus ă la populaţia care consumă o dietă bogată în fibre vegetale, comparativ cu cea care are o alimentaţie bogată în gr ăsimi animale şi proteine. Regimul alimentar, mai precis carnea şi gr ăsimile, se pare că participă la geneza acestei boli, de şi nu au fost detectate substanţe alimentare carcinogene care s ă explice distribuţia cazurilor. De exemplu, cantit ăţi mari de gr ăsimi în dietă, determină preponderen ţa speciilor bacteriene intestinale capabile s ă descompun ă aceste substanţe. Experimental, s-a reuşit să se sintetizeze un compus aromatic policiclic din steroizii biliari, care devine cancerigen sub acţiunea bacteriilor anaerobe din microbiota intestinal ă: Bacteroides fragilis, Clostridium paraputrificum, Clostridium butyricum. In zonele cu incidenţă scăzută a cancerului de colon se găseşte un număr mai mic de germeni anaerobi din genul Bacteroides şi un număr mai mare de enterococi (Enterococcus faecalis) –germeni aerobi, facultativ anaerobi. S-au realizat studii privind rolul microbiotei intestinale şi al compoziţiei acesteia, la popula ţii care prezintă un risc crescut de cancer de colon, corelat cu tipul de diet ă specifică la loturi de indivizi apar ţinând populatiei japonezo-hawaiene cu polipi şi la loturi martor de indivizi japonezo-hawaieni cu dietă de tip occidental, caucazieni cu diet ă de tip occidental şi japonezi din mediul rural cu diet ă de tip tradiţional. Densitatea mare a popula ţiilor de Bacteroides sp. şi surprinzator, Bifidobacterium sp., au fost asociate cu un risc crescut pentru apariţia cancerului de colon. Anumite specii de Lactobacillus şi 9



specia Eubacterium aerofaciens (bacterie anaerobă) care de asemenea produce cantit ăţi importante de acid lactic, s-au dovedit a fi asociate cu un risc sc ăzut în apariţia cancerului de colon. De asemenea, s-au efectuat studii comparative privind compozi ţia în specii a microbiotei intestinale dominante la bolnavii cu cancer de colon, cu alte cancere în afara localiz ării gastrointestinale şi cu boli nemaligne. Bolnavii cu cancer de colon şi cu boli nemaligne nu difer ă în privinţa numărului total de aerobi şi anaerobi. La bolnavii cu cancer de colon predomin ă microbiota aerobă şi scade numărul cocilor anaerobi, ca şi a bacteriilor din genurile Eubacterium si Fusobacterium. S-a demonstrat că speciile aerobe pot s ă produc ă mai uşor amine, decât bacteriile anaerobe nesporulate. Deci bacteriile aerobe asigur ă substratul, respectiv aminele, care intr ă apoi în reacţia de nitrozare cu nitraţii. * Există date care arată că infecţiile bacteriene acute la bolnavii cancero şi ar influenţa favorabil desf ăşurarea bolii şi supravieţuirea, iar administrarea de vaccinuri bacteriene (imunomodulatori de tipul Cantastim, BCG, Corynebacterium parvum) ar avea avea un efect mai bun, comparativ cu infecţiile naturale. Datele epidemiologice din „era antibioticelor” arat ă că în ţările dezvoltate şi în curs de dezvoltare, pe m ăsur ă ce incidenţa infecţiilor a scăzut, incidenţa cancerului a crescut. Literatura de specialitate men ţioneaz ă date privitoare la frecvenţa sc ăzută a metastazelor în cazurile de melanom din Africa, unde inciden ţa tumorii primare este mare, dar adesea leziunile sunt suprainfectate şi ulcerate. Aceste afirmaţii se bazează pe ideea că orice factor supresor al sistemului imunitar poate s ă determine o incidenţă crescută a cancerului, iar cei care îl stimuleaz ă, cum ar fi infecţiile bacteriene, pot reduce inciden ţa cancerului şi pot reprezenta în acela şi timp şi modalităţi terapeutice ale acestuia. Exist ă date, chiar dac ă nu suficient argumentate, care încearc ă stabilirea unei corelaţii între incidenţa cancerului şi cea a bolilor infec ţioase, ca şi cu utilizarea antibioticelor şi a antipireticelor. Agenţii infecţioşi stimulează sinteza de γ - interferon, cu efect antitumoral, de c ătre limfocitele T activate şi de factor pirogen endogen- de c ătre macrofagele activate, care determin ă reacţia de febr ă, considerată a avea efect pozitiv, atât în ap ărarea antiinfec ţioasă, cât şi în cea antitumorală.

E. Microbiota normală a tractului respirator La om, epiteliul c ăilor respiratorii are o suprafaţă de aprox. 70mp, expus ă zilnic volumului de aer inspirat, care variază între 10.000 – 20.000 l, aer care este mai mult sau mai pu ţin încărcat cu microorganisme. Tractul respirator superior (nazofaringe, orofaringe) este colonizat cu numeroase specii apar ţinând genurilor: Staphylococcus (inclusiv S. aureus), Streptococcus (inclusiv S. pneumoniae), Branhamella ( denumire actual ă Moraxella, de ex. M. catharralis),Neisseria,Haemophilus,Corynebacterium, Lactobacillus, Candida. Microorganismele se găsesc în secreţiile mucoase locale (produse de glandele acinoase submucoase), p ătrunse odată cu aerul inspirat, fiind oprite la nivelul epiteliului nazal datorit ă secreţiei nazale aderente şi perilor care tapeteaz ă cavităţile nazale inferioare. In multe situa ţii trec de aceast ă barier ă a etajului nazal, strabat laringele şi ajung în trahee, unde sunt oprite de secre ţiile mucoase care se deplaseaz ă ascendent datorită activităţii cililor celulelor epiteliale (200 cili/ celul ă), spre orofaringe, fiind apoi înghi ţite. Un număr mic de bacterii p ătrund în arborele traheobron şic, sub formă de picături cu diametrul de ~ 10 µm şi imediat bacteriile sunt fagocitate de c ătre macrofagele pulmonare şi alveolare, astfel c ă plămânul este practic un organ steril. Aerul expirat (la iepure) mai con ţine 0,4% din microorganismele inspirate. Există şi microorganisme rezistente la fagocitoză: Mycobacterium tuberculosis (rezistă la digestia intracelular ă) şi Streptococcus pneumoniae (stratul capsular gros se opune fazelor de aderen ţă şi ingestie consecutivă ale procesului de fagocitoz ă). La punctele de bifurcare ale arborelui traheobron şic mai ales, se g ăsesc foliculi limfoizi solitari, ca şi limfocite intraepiteliale (cu fenotip de limfocite Th şi Tc/s), componente ale sistemului BALT (B ronchus a ssociated l imphoid t issue) de apărare a mucoasei respiratorii. Acumularea mucusului în c ăile aeriene mai largi, ca şi iritarea mecanic ă sau chimică a acestora, declan şează reflexul de tuse şi eliminarea acestei secre ţii încărcate cu microorganisme.

F. Microbiota normala a tractului genito-urinar La femeie uretra este sterilă, în timp ce la bărbat treimea inferioar ă a acesteia este contaminat ă cu specii ale genurilor Staphylococcus, Streptococcus, Lactobacillus (prezenţi şi în vagin ), Corynebacterium, Neisseria, Candida albicans, Trichomonas vaginalis, bacterii anaerobe şi bacterii Gram negative neidentificate. In tractul genito–urinar feminin, lactobacilii (numi ţi şi bacili Döderlein) fermenteaz ă glicogenul eliminat de celulele epiteliale, cu formare de acid lactic, care determin ă scăderea locală a pH-ului, cu rol protector, antiinfecţios (bacteriile patogene fiind, în general, neutrofile). Acest mecanism lipse şte până la pubertate şi dispare după menopauz ă, lactobacilii fiind înlocui ţi de alţi germeni (stafilococi, streptococi, colibacili). 10



G. Relaţiile dintre microorganisme şi macroorganism (organismul gazd ă) Au fost descrise mai multe tipuri de relaţii între speciile de microorganisme, care apar ţin la trei categorii principale: neutre, beneficiale (comensalismul, protocooperarea, sinergismul, sintrofia, mutualismul, simbioza) şi de tip antagonist (competi ţia, amensalismul sau antibioza, predatorismul şi parazitismul). Aceste relaţii se pot manifesta atât între speciile microbiene din mediul natural, cât şi între speciile colonizatoare (autohtone sau alohtone) ale organismului animal/uman. Pentru starea de sănătate/boală a gazdei mai importante sunt relaţiile microbiotei cu organismul gazdei, deşi nu pot fi neglijate nici cazurile când microorganimele se sprijin ă în producerea unui efect pozitiv/negativ asupra gazdei sau dimpotrivă competiţioneaz ă, de ex. microorganismele ce compun microbiota normală aflate în raporturi numerice echilibrate sau microorganismele probiotice care competi ţioneaz ă cu speciile patogene, cu efect profilactic/ curativ al unor infec ţii. Principalele tipuri de relaţii dintre microorganisme şi gazdă (organismul animal/uman) sunt: comensalismul, simbioza, oportunismul şi parazitismul. Comensalismul (ecto-, endo-) – etimologic termenul derivă din cuvintele greceşti co mensa = la aceea şi masă. Această relaţie este notată, pe baza efectului direct pe care îl are o specie asupra speciei asociate, cu semnele (+/ 0), o specie benefiind de pe urma celeilalte f ăr ă a o influenţa. Microorganismele tr ăiesc şi se hr ănesc în strânsă relaţie cu gazda, dar nu pe seama ţesuturilor sale vii şi nu determină modificări vizibile asupra gazdei. Ex.: microorganismele tegumentare, care folosesc ca nutrienţi substanţe rezultate din celulele descuamate ale pielii. Simbioza – este o relaţie cu caracter beneficial bidirec ţional, notată pe baza efectului direct cu (++). Exemplul cel mai sugestiv este oferit de microbiota intestinului gros, care secret ă substanţe importante pentru organismul-gazdă (dar nu esenţiale), în timp ce acesta le ofer ă substanţe nutritive şi protec ţie faţă de condiţiile de mediu. Aceste microorganisme pot fi considerate în esenţă parazite, dar ale căror raporturi cu gazda au evoluat spre o toleran ţă mutuală completă şi o infecţie tolerată. Raporturile echilibrate care caracterizeaza starea de eubioz ă se pot deregla, evoluând spre starea de disbioz ă, ceea ce demonstreaza c ă “simbionţii nu sunt altruişti”. Oportunismul – este un tip de relaţie ( +/-) cu o denumire antropomorf ă, derivând din engl. o portunity ce înseamnă , « prilej favorabil », ceea ce sugerează că anumite specii bacteriene, alohtone sau autohtone, nepatogene în mod normal pot profita de condi ţia (temporar ă sau permanent ă) în care se află gazda, determinând o infec ţie oportunistă; aceste specii bacteriene la rândul lor se numesc oportuniste sau condi ţionat-patogene. Rela ţia de oportunism se manifest ă în mai multe situaţii: 1) Starea de purt ător - situaţie în care un organism normal este purt ător al unor bacterii patogene (este cazul aşa-zişilor purtători «sănătoşi» de germeni, expresie considerat ă în prezent depăşită). Starea de purtător poate fi precedată sau nu de o boal ă: dacă este precedată de o boală, aceasta este urmat ă de vindecare clinic ă, dar nu şi de o sterilizare a focarului de infec ţie (respectiv de vindecare bacteriologică); dacă această stare nu a fost precedată de boală, poate fi consecinţa unei infecţii inaparente (infecţie asimptomatică, nemanifestă). Astfel de situaţii se întâlnesc, de exemplu, când bacteriile contamineaz ă regiuni avasculare unde celulele şi moleculele sistemului imunitar nu au acces; exemplul cel mai banal este cel al indivizilor care poartă în gât stafilococi, streptococi, meningococi, ace ştia putându-se transmite cu uşurinţă de la un individ la altul, mai ales în mediile aglomerate, pe cale aerogen ă, prin picăturile de salivă formate în cursul actelor de vorbit, tuse, str ănut. De pildă, streptococii aflaţi în criptele amigdaliene pot determina periodic ro şeaţă, durere şi febr ă sau aşa-numita angin ă streptococică, mai ales în sezonul friguros. Un alt exemplu este cel al speciilor de Salmonella (bacterii strict patogene); celulele bacteriene pot persista în organism (în ganglionii limfatici intestinali) într-o stare de laten ţă timp de 10 - 20 de ani, apoi s ă determine o recădere, o reapariţie a bolii în absen ţa unei noi infec ţii de la exterior. 2) Organismul gazdă se află temporar într-o stare de anormalitate, de exemplu dup ă r ăniri grave, mari intervenţii chirurgicale, leziuni severe ale tegumentelor şi mucoaselor (arsuri), ca şi după tratamente prelungite cu antibiotice de spectru larg administrate pe cale oral ă ; in acest ultim caz, antibioticele distrug bacteriile sensibile şi creeză o stare de disbioz ă, datorită anulării antagonismului existent în mod normal între diferitele specii de microorganisme din microbiota normal ă care se găsesc în mod normal în stare de eubioz ă, de echilibru interspecific. Adesea, astfel de infec ţii oportuniste sunt produse de levuri (de ex. Candida sp.), care se multiplică necontrolat (disbioză), fiind insensibile la antibiotice antibacteriene. 3) Organismul gazdă se află într-o stare de anormalitate reprezentat ă de deficitul imunitar , prezent în următoarele situaţii: a) – boli genetice şi deficit imunitar înnăscut care afectează imunitatea mediat ă celular, imunitatea mediat ă umoral sau ambele tipuri de r ăspuns imun; 11



b) – după administrarea de medicamente imunosupresoare (utilizate, de exemplu, în tratamentul bolilor autoimune sau pentru prevenirea respingerii grefelor de ţesuturi şi organe) sau radioterapie, care are ca efect secundar distrugerea unui mare num ăr de limfocite; c) – în malnutriţie, stres prelungit; d) – deficit imunitar dobândit prin boală (boli neoplazice, boli infec ţioase acute şi cronice, bacteriene, parazitare, virale etc.), prototip al acestui fel de deficit imunitar fiind boala SIDA (fr.) = AIDS (engl.) = sindromul de imunodeficien ţă dobândit ă ca urmare a infectării organismului cu virusul HIV (human immunodeficiency virus). Pr ăbuşirea sistemului imunitar este determinat ă de faptul că virusul are tropism şi infectează limfocitele CD4+ = Th (helper), considerate pe bun ă dreptate “dirijorul orchestrei imunologice”, datorit ă rolului lor deosebit de important în stimularea prolifer ării şi diferenţierii celorlalte subpopulaţii de limfocite, în desf ăşurarea r ăspunsului imun specific umoral sau celular, în toată amploarea sa. Recent s-a demonstrat c ă virusul poate infecta şi macrofagele, ca şi celulele nervoase din sistemul nervos central (prin fuziune cu macrofagele infectate), ceea ce explică complica ţiile neurologice ale acestei boli. Consecinţa relaţiilor oportuniste este demonstrată tot de boala SIDA, care nu are semne caracteristice, patognomonice (ca scarlatina, difteria, pojarul etc). In general, infec ţiile oportuniste nu produc boli cu manifest ări caracteristice, ci sindroame, cu manifestări diferite, decurgând din natura agentului infec ţios oportunist şi natura ţesutului afectat (infecţii intestinale, respiratorii, cutaneomucoase); de exemplu, când num ărul total de leucocite scade sub 400/mmc, bolnavii prezint ă afte, infecţii cu Candida albicans, micoze severe la nivelul membrelor inferioare (“picior de atlet”), zona zoster etc. Apariţia acestor infecţii corespunde stadiului bolii cunoscut ca stare pre-SIDA sau ARC (AIDS r elated c omplex). Când numărul leucocitelor scade la 200/mmc, se produc infec ţii severe bacteriene (cu Mycobacterium tuberculosis şi micobacterii paratuberculoase), fungice (Cryptococcus neoformans), parazitare (Toxoplasma gondii, Cryptosporidium sp, Pneumocystis carinii – această ultimă specie fiind încadrată în prezent între microfungi) şi virale (Herpes simplex I şi II, Herpes zoster, Cytomegalovirus). Când numărul de leucocite scade la ~100/mmc, cre şte şi frecvenţa apariţiei tumorilor (de ex., sarcomul Kaposi, limfoame). Speciile oportuniste nu sunt identice cu microorganismele saprotrofe (cum ar fi Clostridium butulinum) care tr ăiesc pe materiile organice în descompunere şi nu pot competi ţiona cu microbiota organismului normal, dar oportuni şti se pot găsi printre saprotrofi (de ex. Nocardia sp.). Oportuniştii nu sunt identici nici cu speciile ce alcâtuiesc microbiota normal ă, chiar dacă unii dintre membrii acesteia sunt capabili să produc ă infecţii oportuniste. Pentru precizarea conceptului de microorganism oportunist, s-au stabilit urm ătoarele condiţii: 1) Microorganismul trebuie să fie izolat de mai multe ori, din leziunile semnificative clinic, la gazde compromise din punct de vedere imunologic; 2) Microorganismul trebuie să fie semnificativ mai frecvent prezent şi izolat în circumstanţele respective decât în restul populaţiei; 3) Asocierea nu trebuie să fie determinată de o circumstanţă care afectează atât sensibilitatea gazdei, cât şi pe cea a microorganismului; 4) Asocierea nu trebuie să fie indirectă, conjuncturală; de exemplu, s-a demonstrat c ă salmonelozele sunt mai frecvente şi mai severe la gastrectomizaţi, decât la indivizii martori de aceea şi vârstă şi acelaşi sex; relaţia nu este specific ă celor două stări (gastrectomie şi infecţie), ci este determinată de hipoclorhidria consecutiv ă intervenţiei chirurgicale, care scade efectul bactericid al sucului gastric. Lista bacteriilor implicate in infecţii oportuniste este foarte lung ă şi incompletă, de multe ori fiind ignorate şi considerate contaminanţi întâmplători, astfel că nu apar pe buletinele de analiz ă. Dintre acestea pot fi enumerate: - Escherichia coli; Enterobacter cloacae, E. aerogenes, E. agglomerans; Edwardsiella; Erwinia herbicola; Klebsiella pneumoniae; Proteus mirabilis; Yersinia enterocolitica, Y. pseudotuberculosis; Haemophilus influenzae, H. parainfluenzae; Lactobacillus casei, L. rhamnosus, L. plantarum; Listeria monocytogenes; Mycobacterium tuberculosis, M. kansasii, M. avium, M. fortuitum; Moraxella catharralis, M. lacunata; Mycoplasma pneumoniae; Neisseria meningitidis; Nocardia sp.; 12


-


Dermatophilus congolensis; Pseudomonas aeruginosa, P. cepacia ( den. actuală: Burkholderia cepacia); Staphylococcus aureus, S. epidermidis; Streptococcus pyogenes, Str. pneumoniae, Str. agalactiae; Acinetobacter calcoaceticus ( denumire veche Herellea); A. baumannii; Alcaligenes sp; Bacillus cereus, B. licheniformis; Bacteroides fragilis; Clostridium perfringens, C. septicum, C. difficile, C. tertium; Corynebacterium pseudodiphtheriticum, C. hoffmani, C. xerosis etc.

Parazitismul - corespunde rela ţiei în care un organism se hr ăneşte cu celulele, ţesuturile sau lichidele corpului altui organism viu, care poate suferi prejudicii, mai mult sau mai pu ţin severe. Relaţia parazit-gazdă este, în general, de relativ lung ă durată deoarece, aşa cum susţinea Burnet (distins cu premiul Nobel pentru Fiziologie şi Medicină în 1960), paraziţii cei mai bine adapta ţi sunt cei care nu î şi distrug gazda, deoarece aceasta ar însemna şi dispariţia lor. Parazitismul celor aprox. 550 de bacterii cunoscute ca patogene pentru om şi animale se poate manifesta în grade diferite: extracelular – ex.: Staphylococcus sp., Streptococcus sp., Pseudomonas sp., Bordettela pertussis, Vibrio cholerae, Neisseria sp., Mycoplasma sp. etc.; facultativ intracelular – ex.: Mycobacterium tuberculosis, Salmonella typhi, Listeria monocytogenes, Brucella sp. obligat intracelular – caracterizează bacteriile încadrate în familiile: Rickettsiaceae, Chlamydiaceae, Bartonellaceae; aceste bacterii nu pot fi cultivate pe medii bacteriologice, ci numai pe un substrat celular viu. In unele cazuri relaţia parazit-gazdă se manifestă cu mare specificitate, cum este cazul speciilor bacteriene Mycobacterium leprae, M. tuberculosis, Salmonella typhi, Shigella dysenteriae , care infectează natural numai specia uman ă. Specificitatea este condi ţionată de faza ini ţială de recunoaştere şi aderare a microorganismelor patogene la nivelul unor receptori specifici de pe membrana celulelor-gazdă sensibile. Bacteriile parazite intracelular au dezvoltat în cursul evolu ţiei proprietăţi care le permit să se dezvolte în acest mediu; unele sunt capabile s ă supravieţuiască chiar în interiorul macrofagelor, un mediu cunoscut ca impropriu, prin mecanisme care se opun procesului de digestie intracelular ă; de exemplu bacteriile apar ţinând speciei Mycobacterium tuberculosis, au un perete celular cu o structur ă particular ă, cu un conţinut bogat în lipide - ceruri (acizi micolici esterifica ţi cu trehaloză), componente care le protejeaz ă de activitatea enzimelor lizozomale. Dacă microorganismele parazite sunt şi patogene, corela ţia inversă nu este obligatorie, astfel că există şi bacterii saprotrofe (ex. Clostridium botulinum), incapabile să se multiplice în organism, dar care pot fi patogene, datorit ă exotoxinelor produse şi eliberate în mediu, eventual ingerate de c ătre gazdă.

H. Microorganismele patogene şi proprietăţile lor definitorii Microorganismele patogene au dou ă proprietăţi care le definesc: 1) patogenitatea şi 2) virulenţ a. 1) Patogenitatea este o proprietate esenţială a oricărui agent infec ţios şi se refer ă la capacitatea acestuia de a determina apari ţia unui proces infec ţios (persistenţa +/- multiplicarea în organismul gazdei), de obicei decelabil din punct de vedere clinic prin starea de boal ă, atunci când pătrunde în mod natural sau când este introdus experimental în organismul unei gazde sensibile. Patogenitatea este o proprietate de specie. 2) Virulenţa reprezintă capacitatea unei tulpini date a unui microorganism patogen, aflat ă într-o anumită fază de creştere, de a se localiza, de a coloniza, de a se multiplica şi, eventual, de a invada celulele şi ţesuturile organismului-gazdă şi de a produce toxine, determinând o stare patologic ă la o anumit ă gazdă, atunci când este introdus ă în organismul acesteia în condi ţii bine definite. Această defini ţie constituie o viziune ecologic ă a relaţiei obligatorii dintre parazit şi gazdă în determinarea bolii, ca şi a gradului s ău de gravitate, dependent de particularităţile celor doi parteneri la momentul stabilirii relaţiei. Virulenţa este o proprietate multifactorial ă, care exprimă cantitativ gradul de patogenitate al unei tulpini pentru o anumit ă gazdă şi este determinată de însumarea unor însuşiri diferite şi independente, cum sunt capacitatea de infec ţiozitate, de invazie şi de toxigenitate.

13

Microbiologie medicala

Recommend Documents