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Appunti di Biologia

Burkholderiales
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Burkholderiales
Breve video sulle caratteristiche più importanti dell'ordine batterico Burkholderiales, appartenente alla classe dei beta proteobatteri.

L'ordine Burkholderiales appartiene alla classe dei beta-proteobatteri, ovvero microrganismi che condividono le seguenti caratteristiche:

  • Gram negativi;
  • Aerobi, bacilli o cocchi;
  • Alcuni azotofissatori;
  • Alcuni ossidanti l'ammonio in nitrito;
  • La maggior parte mobili (per scivolamento o grazie ad un flagello; Fig.1).
B. cepacia complex
Figura 1 - B. cepacia complex. [Fonte: Wikipedia]

La classe comprende 10 ordini, 15 famiglie e circa 152 generi microbici (Tab.1).

DominioBacteria
PhylumPseudomonadota
ClasseBetaproteobacteria
OrdineBurkholdariales
Tabella 1 - Classificazione tassonomica dell'ordine. [Fonte: NCBI]

Tra le famiglie di Burkholdariales più importanti c'è Alcaligenaceae con il noto genere Bordetella.

Bordetella

All'interno del genere sono presenti 9 specie di cui la più importante è certamente Bordetella pertussis (Tab.2).

DominioBacteria
PhylumPseudomonadota
ClasseBetaproteobacteria
OrdineBurkholderiales
FamigliaAlcaligenaceae
GenereBordetella
Tabella 2 - Classificazione tassonomica di B. pertussis. [Fonte: NCBI]


Si tratta di microrganismi dalle seguenti caratteristiche (Fig.2):

B. pertussis
Figura 2 - B. pertussis. [Fonte: The Native Antigen Company]
  • Bacilli Gram negativi;
  • Lunghezza 0,5-1 um;
  • Aerobi stretti con metabolismo ossidativo (citocromo ossidasi);
  • Immobili;
  • Asporigeni;
  • Ossidasi + e ureasi -;
  • Capsulati;
  • Fastidiosi: crescono bene soltanto in terreni molto ricchi di nutrienti come sangue, amido e NAD.

Patogenesi

Il microrganismo è agente eziologico della pertosse, o tosse canina convulsa (Fig.3), che è una patologia molto pericolosa nei bambini e nei neonati e che può provocare fino a 16 settimane di tosse forte e ininterrotta.
I più colpiti sono i bambini con età inferiore ad una anno, con difese immunitarie ancora immature.
Il batterio viene veicolato dalle gocce di aerosol liberate dai colpi di tosse e che, se inalate, possono portare ad una sua colonizzazione delle cellule epiteliali bronchiali dell'ospite con complicanze tavolta gravi (polmoniti, otiti, meningo-encefaliti).

Caratteristiche e vie di trasmissione di B. pertussis
Figura 3 - Caratteristiche e vie di trasmissione di B. pertussis. [Fonte: Osmosis]

La progressione della malattia può essere suddivisa in fasi (Fig.4):

  • Fase 1 (di colonizzazione, stadio catarrale o prodromico): si manifesta dopo circa 10 giorni dal contatto con il batterio, si lamentano sintomi leggeri come rinite, lieve tosse con starnuti per circa 2 settimane.
  • Fase 2 (parossistica): il batterio prolifera e va a compromettere le funzioni ciliari di clearance con conseguente peggioramento dei sintomi. Compare una tosse parossistica e prolungata con tipico rantolo respiratorio (URLO). La tosse insistente interferisce con l'alimentazione e il bolo di muco, se ingerito, può indurre il vomito con conseguente comparsa di sintomi di malnutrizione e di disidratazione. Gli episodi più violenti possono portare al vomito, alla cianosi e alle convulsioni.
  • Fase 3 (di convalescenza): gli episodi di tosse diminuiscono con successivo recupero nell'arco di qualche settimana.
Fasi di sviluppo sintomatico della pertosse
Figura 4 - Fasi di sviluppo sintomatico della pertosse. [Fonte: Medicina360]

Fattori di virulenza

I sintomi sono scatenati da alcuni fattori legati alla fisiologia batterica, per esempio (Fig.5):

  • Tossina pertussica: esotossina batteria che aumenta la sensibilità all'istamina e interferisce con i fattori di superficie delle cellule ciliate.
  • Citotossina tracheale: frammento di peptidoglicano che è in grado di legarsi alle cellule ciliate interferendo con il loro movimento (ad alte concentrazioni le distrugge del tutto).
  • Tossina dermonecrotica: vasocostrittore che causa il travaso dei leucociti con necrosi del tessuto tracheale.
  • Tossina dell'adenilato ciclasi: inibisce le funzioni delle cellule immunitarie.

La virulenza del batterio è caratterizzata anche dalla sua dotazione di fattori di adesione:

  • Fimbrie: strutture filamentose necessarie per la composizione batterica. Caratterizzano alcuni ACPV, ovvero vaccini acellulari commercializzati dal 1995.
  • Emoagglutinina filamentosa: proteina da 220 kDA associata alla superficie del batterio e utile per la colonizzazione tracheale. Essendo altamento immunogenica è anch'essa costituente degli ACPV.
  • Pertactina: proteina di superficie, media il legame del batterio alle cellule eucariotiche, anch'essa parte degli ACPV.
  • Lipooligosaccaride: comprende un lipide A e un lipide X, ha effetto endotossina simile e induce febbre.
Fattori di virulenza e di adesione di B. pertussis
Figura 5 - Fattori di virulenza e di adesione di B. pertussis. [Fonte: ResearchGate]

Riassumendo, Bordetella si ancora alle ciglia del tratto respiratorio grazie ai suoi numerosi fattori di adesione, successivamente, tramite la liberazione di tossine, le immobilizza/distrugge.
Tutto questo va a compromettere il primo livello di difesa delle nostre vie aeree, inoltre, favorisce la comparsa di sintomi come prurito in gola persistente, tosse, nausea e ristagno di catarro.
La vaccinazione per la pertosse è disponibile dal 1949, anche se nel nostro paese il vaccino acellulare ha iniziato a circolare soltanto nel 1995 contribuendo a combattere una delle principali cause di morte dei bambini in tutto il mondo. Infatti, dalla seconda metà degli anni '90, infatti, la copertura vaccinale ha drasticamente ridotto i casi di pertosse in età pediatrica.

Risposta immunitaria

I primi elementi del sistema immunitario che vengono attivati in presenza di Bordetella sono i macrofagi e le cellule dendritiche immature. Queste risposte sono attivate grazie alla secrezione di citochinine, indotte a loro volta dalla presenza di fattori di virulenza (Fig.6).
Spesso, questi microrganismi vengono distrutti nei reparti acidi del nostro corpo, ma molti di questi riescono a moltiplicarsi all'interno dei macrofagi dove l'ambiente è chimicamente più favorevole.
I macrofagi vengono poi distrutti a causa della liberazione di fattori infiammatori e di interleuchine.
Anche i neutrofili possono essere distrutti dall'azione della tossina dell'adenilato ciclasi batterica che inibisce l'attività di fagocitosi, di produzione di superossidi e la chemiotassi.
Oltre alla risposta innata, anche le difese umorali vengono attivate in risposta alla colonizzazione batterica, questo provoca il rilascio di IgG e di IgA che possono essere rilevate nel siero dopo 5 giorni di incubazione.

Colonizzazione dell'epitelio bronchiale di B. pertussis e conseguente attivazione delle risposte immunitarie
Figura 6 - Colonizzazione dell'epitelio bronchiale di B. pertussis e conseguente attivazione delle risposte immunitarie. [Fonte: LAB M]

Colture

B. pertussis è sicuramente il microrganismo più fastidioso nutrizionalmente tra le varie specie del genere Bordetella. Richiede mediamente dai 3 ai 6 giorni per crescere su terreni di coltura che devono necessariamente essere arricchiti.
Si tratta di un microrganismo aerobio obbligato che cresce bene tra i 30 e i 37°C, il suo metabolismo è basato sull'ossidazione degli amminoacidi, dal momento che tendono a non sfruttare energeticamente i carboidrati. La sua crescita è resa complicata dalla sua suscettibilità a diversi elementi nutrizionali del terreno, per esempio, gli acidi grassi, i solfuri-solfiti e i fattori colloidali.
Spesso, può capitare che la stessa specie di B. pertussis possa formare colonie diverse pur essendo sullo stesso terreno di coltura. I cambiamenti di morfologia si possono manifestare durante attività di sub-coltura a causa di variazioni sierotipiche, modulazioni antigeniche e variazioni di fase.
Classicamente, viene utilizzato l'agar sangue (di pecora o di cavallo) su cui si possono osservare aloni di emolisi dovuti alla distruzione dei globuli rossi per un 15-20% del totale (Fig. 7).

Colonie di B. pertussis sul terreno Regan-Lowe (A) e su Bordet-Gengou (B)
Figura 7 - Colonie di B. pertussis sul terreno Regan-Lowe (A) e su Bordet-Gengou (B). [Fonte: WHO]

Diagnosi

La diagnosi di pertosse non è particolarmente facile da fare, questo perchè i sintomi dell'infezione possono essere associati ad altre patologie più comuni come la tosse classica o il raffreddore.
Sicuramente, uno degli indicatori di questa malattia può essere l'aumento della conta leucocitaria e dei marcatori di linfocitosi, oltre a caratteri clinicamente rilevanti come la tosse parossistica con "urlo" e rantolo associati.
Tra i metodi di analisi vi sono quelli classici, colturali e quelli sierologici per la tipizzazione.

  • Colture: per le colture si utilizzano generalmente tamponi naso-faringei o aspirati bronchiali.
    La sensibilità della diagnosi dipende dalla tecnica di prelievo e dal tipo di tampone utilizzato.
    Solitamente si utilizzano quelli di alginato di calcio da stemperare poi su agar sangue-carbone, sul terreno Bordet-Gengou o sul Regan-Lowe (Fig.7).
    In questi terreni, infatti, è aggiunto l'antibiotico cefalexina che inibisce la crescita delle pseudomonadali e degli streptococchi. L'indentificazione si basa sulle caratteristiche morfologiche delle colonie e sulle loro peculiarità nutrizionali e di crescita.
    Biochimicamente parlando, il batterio può essere distinto sulla base del suo utilizzo dell'ureasi, del citrato, dell'ossidasi e della riduzione del nitrato.
  • Saggi di fluorescenza immunomediati: possono essere fatti direttamente sul campione sfruttando la fluorescenza emessa dalle cellule a seguito del legame antigene-anticorpo.
    I campioni sono generalmente nasofaringei e la sensibilità del metodo è abbastanza bassa.
  • Test sierologici: questi esami si basano sulla rilevazione dell'andamento delle IgG e della IgA sieriche in risposta all'oscillazione dei fattori di virulenza batterici durante le varie fasi della malattia.
    Tra gli antigeni che vengono presi in considerazione durante queste analisi vi sono: la tossina pertussica, i filamenti di emoagluttinina e la pertactina. Ovviamente, la sensibilità del test varierà in relazione all'abilità del sistema immunitario di ciascuno di noi di produrre anticorpi.
  • PCR (Polymerase Chain Reaction; Fig.8): si tratta di una metodica estremamente sensibile che prevede l'utilizzo di primers specifici per determinate regioni cromosomiche del batterio B. pertussis. Tuttavia, è necessario fare attenzione ai falsi positivi che possono legare aspecificamente i primers.
Identificazione del DNA di B. pertussis tramite PCR ed elettroforesi.
Figura 8 - Identificazione del DNA di B. pertussis tramite PCR ed elettroforesi. [Fonte: ResearchGate]

Trattamento

Il trattamento della pertosse può avvenire tramite somministrazione di antibiotici, oppure, preventivamente tramite l'immunizzazione vaccinale. Quest'ultima è largamente consigliata per evitare complicanze e per ridurre l'impatto dei sintomi sulla salute dei bambini. Generalmente l'antibiotico scelto è l'eritromicina che va somministrata già durante le prime fasi sintomatiche della malattia: la dose prevede 40-50 mg/kg per i bambini, ogni 6 ore, per 14 giorni. In alternativa, può essere scelta l'azitromicina con 10 mg/kg il primo giorno da scalare a 5 mg/kg dal secondo al quinto giorno di trattamento.
Nonostante alcuni casi di antibiotico resistenza siano stati identificati, la sensibilità è ancora abbastanza elevata in tutta la popolazione.

Burkholderia

"Quale migliore sfida microbiologica può unire l'agricoltura con la medicina che un microrganismo capace di ridurre le cipolle in polpa macerata, di proteggere le coltivazioni dalle malattie fungine e batteriche, di devastare la salute e la vita sociale dei pazienti affetti da fibrosi cistica ed essere comunque resistente al più famoso tra gli antibiotici (la penicillina) che sa, addirittura, usare come nutriente!"
(Govan, 1998)

I batteri appartenente al genere Burkholderia sono veramente particolari ed occupano una vasta gamma di nicchie ecologiche (suolo, acqua, rizosfera, animali e uomo).
Sono mobili, si spostano tramite flagello, possono essere biofertilizzanti, agenti di biocontrollo e fitopatogeni (B. gladioli).
Alcuni sono patogeni umani (B. pseudomallei) e altri possono essere patogeni opportunisti (B. cepacia).
Quest'ultimo fa parte di un gruppo, noto come B. cepacia complex (Bcc), che è eterogeneo e comprenente microrganismi di 9 specie diverse ma strettamente correlate dal punto di vista genetico e, per questo, classificati in genomovar.

Diversi aspetti che caratterizzano il comportamento ambivalente dei membri del genere Burkholderia
Figura 9 - Diversi aspetti che caratterizzano il comportamento ambivalente dei membri del genere Burkholderia. [Fonte: MDPI]

Ad esempio:

  • Genomovar 1: comprende B. cepacia, microrganismo ambientale scarsamente associato ai pazienti con fibrosi cistica (FC);
  • Genomovar 2: comprende B. multivorans, non facilmente coltivabile a partire da campioni ambientali, molto interessato dal decorso negativo dei pazienti con FC, responsabile della trasmissione uomo-uomo.
  • Genomovar 3: comprende B. cenocepacia, microrganismo ambientale, interessato per un 70% nel decorso negativo della FC.

B. cepacia

B. cepacia (Fig.10) è un microrganismo dalle sequenti caratteristiche:

Aspetto B. cepacia
Figura 10 - Aspetto B. cepacia. [Fonte: Industries Cosmétique]
  • Gram negativo;
  • Catalasi negativo;
  • Ossidasi positivo;
  • Capace di produrre pigmenti fluorescenti e di accumulare beta-idrossialcanoati come materiali di riserva;
  • Genoma inusuale: possiede 2-4 cromosomi circolari di grandezza compresa tra le 4,6 e le 8,1 Mbp;
  • Nutrizione versatile: può utilizzare svariati mono- e disaccaridi come fonte di carbonio.
  • Temperatura di crescita: 25-25°C.

Inoltre, possiamo dire che il microrganismo riesce a moltiplicarsi in ambienti sfavorevoli, come nei disinfettanti, nell'acqua distillata, nelle vasche da idromassaggio, nei macchinari per la dialisi e nei fluidi per la somministrazione endovenosa. Per questo, molto pericoloso come patogeno opportunista negli ambienti ospedalieri in cui può sviluppare, tra l'altro, resistenza agli antibiotici aminoglicosidi e beta-lattamici come la penicillina. Possiede, inoltre, pompe per l'efflusso che permettono l'estromissione cellulare di altri antibiotici come il cloramfenicolo, i chinoloni e il trimtoprim.

Quindi, è difficile capire se B. cepacia sia un amico o un nemico... (Fig.11)

B. cepacia, amico o nemico?
Figura 11 - B. cepacia, amico o nemico? [Fonte: Nature Reviews]

Amico perchè: è un agente di biocontrollo per le malattie vegetali batteriche e fungine, protegge le piante dall'ammuffimento e degrada gli inquinanti.

Nemico perchè: fa marcire le cipolle e si comporta come patogeno opportunista nei pazienti con fibrosi cistica.

La specie vegetale più colpita dalle Bcc è sicuramente la cipolla che presenta la "sour skin" (Fig.12), ovvero il marciume molle giallo-bruno dei suoi tessuti. Questo, viene indotto dall'azione dell'enzima pectato liasi che risulta citotossico per la pianta. L'enzima viene prodotto a partire dalle informazioni geniche di uno dei plasmidi batterici e successivamente rilasciato grazie al sistema di secrezione di tipo IV.
Come precedentemente detto, inoltre, alcune Bcc possono dare biocontrollo, contrastando le specie batteriche e fungine capaci di intaccare la salute delle piante, mentre altre possono degradare le sostanze inquinanti di origine antropica con attività di bioremediation.

Marciume molle batterico delle cipolle
Figura 12 - Marciume molle batterico delle cipolle. [Fonte: Vegetables by Bayer]

Come anticipato, i ceppi Bcc non infettano normalmente individui sani, ma solo pazienti immunodepressi e con condizioni cliniche particolari come, ad esempio, la fibrosi cistica.
Quest'ultima è una patologia autosomica recessiva che si esplicita completamente soltanto nei soggetti omozigoti che hanno entrambe le copie geniche incapaci di funzionare correttamente.
Al contrario, negli eterozigoti la patologia non si presenta poichè vi è un 50% di compensazione di dose data dall'allele funzionante. Non è una malatti particolarmente rara, la sua incidenza è di circa 1:3000 nati vivi e, nella popolazione caucasica, si stima che il 2-4% dei soggetti sia portatore sano.

Fibrosi cistica (FC)

Si tratta di una patologia multisistemica che coinvolge in modo esteso le ghiandole muco-secernenti e sudoripare-esocrine del nostro corpo (Fig.13). Per disattivazione della clearance cigliare possono succedere due cose:

  1. Accumulo di muco denso che va ad ostruire i principali dotti che portano al pancreas, ai polmoni, al fegato e all'intestino. Il danno pancreatico, per esempio, porta a difficoltà di digestione e assimilazione dei grassi con conseguente malnutrizione, inoltre, il danno polmonare è progressivo e irreversibile, rendendo i polmoni fibrotici. L'85% dei pazienti muore a causa di insufficienza respiratoria causata dalla fibrosi polmonare dovuta al cronicizzarsi delle infezioni respiratorie.
  2. Il muco denso e viscoso dei pazienti affetti da FC porta alla comparsa di vere e proprie placche che vanno ad immobilizzare le cellule cigliari fungendo da substrato di crescita e sviluppo per svariati microrganismi che compromettono il sistema immunitario già debole.
Fibrosi cistica, malattia autosomica recessiva provocata da mutazioni del gene CFTR
Figura 13 - Fibrosi cistica, malattia autosomica recessiva provocata da mutazioni del gene CFTR. [Fonte: Micuro]

I batteri intrappolati nel muco denso possono essere raggiunti da patogeni opportunisti flagellati come B. cepacia e Pseudomonas aeruginosa che penetrano, si adattano e proliferano creando biofilms (Fig. 14).
Questi microrganismi (specialmente quelli dotati di capsula e all'apparenza mucosi) sono un vero pericolo per i pazienti affetti da FC che spesso sviluppano i sintomi della "cepacia syndrome" per poi morire a causa della loro multiresistenza antibiotica.

Modalità di formazione e distruzione dei biofilms
Fig. 14 - Modalità di formazione e distruzione dei biofilms. [Fonte: MDPI]

Tratti di virulenza

Il batterio B. cepacia risulta così virulento a causa di alcune sue caratteristiche specifiche:

  • Antibiotico resistenza: intrinseca e verso svariate tipologie di antibiotici e disinfettanti;
  • Formazione di biofilm: studiata particolarmente per i genomovar compresi tra I e IV;
    B. cepacia e B. multivorans sono quelle che sviluppano film più corposi, caratteristica legata alla loro struttura di membrana e al quorum sensing;
  • Pili di adesione: per l'adesione alle mucine e alle cellule epiteliali;
  • Emolisine: attività emolitica, include degranulazione e morte cellulare nei fagociti umani;
    Osservata nei genomovar I-III-IV-VII-IX;
  • Flagelli;
  • Siderofori: molecole chelanti il ferro che viene sottratto dai gruppi eme dei globuli rossi, sono acido salicilico, orribactina e piochelina e cepabactina;
  • Quorum sensing: comunicazione con molecole segnale.

Terreni di coltura

Il terreno di coltura apposito per la coltivazione di B. cepacia, da cui prende il nome BCSA, è stato ideato nel 1997 da D.A. Henry e dai suoi collaboraori della University of British Columbia di Vancouver per sopperire alle difficoltà di crescita legate alla competizione tra il microrganismo di interesse e gli altri batteri.
Quindi, il terreno Burkholderia cepacia Selective Agar (BCSA) risulta essere composto da un base di ingredienti autoclavabili (Tab.3) più un supplemento selettivo contenente antibiotici (Tab.4).

Componenti per litroDosaggio (g)
Peptone di caseina10
Estratto di lievito1,5
Lattosio10
Saccarosio10
Cloruro di sodio5
Rosso fenolo0,08
Cristalvioletto0,002
Agarosio14
Tabella 3 - Composizione terreno BCSA, componente autoclavabile. [Fonte: Biolife Italiana IFU]
Componenti per litroDosaggio (g)
Vancomicina0,0125
Gentamicina0,005
Polimixina B300.000 UI
Tabella 4 - Composizione terreno BCSA, componente selettiva. [Fonte: Biolife Italiana IFU]

Il terreno con questa composizione deve avere pH finale di 6,8 +/- 0,3 a 20-25°C di temperatura.

Il peptone di caseina e l'estratto di lievito forniscono elementi basilari come azoto e carbonio, ma anche vitamine e minerali indispensabili per lo sviluppo microbico.
Il terreno include due disaccaridi, lattosio e saccarosio, quest'ultimo può essere fermentato dalla maggior parte dei Bcc con liberazione di acidi che fanno virare il rosso fenolo dal rosso al giallo. Inoltre, la presenza di cristalvioletto va ad inibire lo sviluppo della maggior parte dei batteri Gram positivi (soprattutto gli stafilococchi) con qualche limitazione inerente agli enterococchi.
Per risolvere il problema è stata aggiunta la componente antibiotica con vancomicina che presenta un'eccellente attività battericida nei confronti degli stessi.
Al contrario, la polimixina e la gentamicina agiscono in maniera combinata per sopprimere la maggior parte dei bacilli aerobi Gram negativi.
Per preparare il terreno è necessario seguire questi passaggi:

  • Sciogliere i 50,6 g di polveri in 1000 ml di acqua deionizzata mescolando con cura e mettendo in agitazione;
  • Autoclavare a 121°C per 15';
  • Far raffreddare a 45-50°C;
  • In condizioni di sterilità, addizionare la componente antibiotica precedentemente sterilizzata per filtrazione;
  • Mescolare bene;
  • Controllare il pH;
  • Distribuire nelle piastre Petri sterili e sotto cappa a flusso laminare.

Per l'analisi di campioni clinici (es. espettorato, tampone faringeo, lavaggi bronco-alveolari e aspirato ipo-faringeo) è necessario seminare 100 ul di campione sul terreno BCSA tramite apposito tampone.
Strisciare con metodo dei quattro quadranti e incubare a 35-37°C per 48-72 h.
Per analizzare i campioni farmaceutici è necessario diluire il campione 1:10 in Tryptic Soy Broth (usando non meno di 1 g o 1 ml di campione). Inoculare la brodo-coltura su piastra BCSA e poi strisciare con ansa sterile e metodo dei quattro quadranti.
Incubare a 30-35°C per 48-72 h.

Le colonie di Bcc sul terreno BCSA appaiono bruno-verdastre con alone giallo dovuto alla fermentazione degli zuccheri (Fig.15).
Siccome le colonie di Bcc possono crescere con morfologia tipica ma anche atipica sul terreno BCSA, tutte le crescite devono essere preventivamente considerate positive per poi essere sottoposte ad identificazioni successive, molecolari o biochimiche.

Terreno BCSA con zona di viraggio giallo-verdastra con alone, dovuto alla fementazione microbica degli zuccheri
Figura 15 - Terreno BCSA con zona di viraggio giallo-verdastra con alone, dovuto alla fementazione microbica degli zuccheri. [Fonte: ResearchGate]

Burkholderia pseudomallei

Il microrganismo presenta le seguenti caratteristiche (Fig.16):

  • Gram negativo;
  • Cocchi;
  • Flagellati;
  • Mobile e asporigeno;
  • Aerobio;
  • Patogeno.
B. pseudomallei al microscopio
Figura 16 - B. pseudomallei al microscopio. [Fonte: ResearchGate]
DominioBacteria
PhylumPseudomonadota
ClasseBetaproteobacteria
OrdineBurkholderiales
FamigliaBurkholderiaceae
GenereBurkholderia
SpecieBurkholderia pseudomallei
Tabella 5 - Classificazione tassonomica del microrganismo. [Fonte: NCBI]

Può causare melioidosi (Fig.17), una patologia acuta/subacuta/cronica endemica del sud-est asiatico e di altre zone tropicali. In forma acuta può portare a setticemie mortali, anche perchè il trattamento antibiotico risulta poco efficace a causa del suo carattere di multiresistenza.
B. pseudomallei può infettare le ferite umane che sono entrate a contatto con acqua e suolo contaminati (es. contadini che coltivano il riso).
In forma acuta può provocare polmoniti, infezioni del tratto urinario, infezioni cutanee purolente, setticemie, paralisi dei nervi cranici ed encefalite.
Come precedentemente detto, il 50% dei pazienti che la contraggono sviluppano setticemia che in poco tempo degenerà in shock settico.
La mortalità sfiora il 40% in Thailandia, il 14% in Australia e la forma acuta in generale il 10% dei pazienti.
Il microrganismo, inoltre, può sopravvivere in condizioni di alta temperatura, pH estremi, scarsità di acqua e di nutrienti.

Vie di trasmissione (inalazione, ingestione o tramite ferita) e sintomi (compromissione sistema nervoso centrale, parotidi con infezione acuta suppurativa, infezioni ossee, genito-urinarie e cutanee) della melioidosi.
Figura 17 - Vie di trasmissione (inalazione, ingestione o tramite ferita) e sintomi (compromissione sistema nervoso centrale, parotidi con infezione acuta suppurativa, infezioni ossee, genito-urinarie e cutanee) della melioidosi. [Fonte: Nature Reviews]

Terreni di coltura

B. pseudomallei è un microrganismo non fastidioso che sa svilupparsi su diversi terreni di coltura tipici dei batteri Gram negativi: MacConkey, agar sangue, agar triptone di soia, Eosine Methylene Blue Agar etc.
Tuttavia, viene spesso soppiantato da altri commensali o contaminanti e perciò richiede l'utilizzo di terreni abbastanza selettivi (Ashdown's medium, BCSA, B. pseudomallei selective agar (BPSA)).
Il primo terreno è il migliore, gli altri due si possono usare comunque quando è necessaria una crescita più rapida.

  • Ashdown's medium (Fig.18): su questo terreno di coltura B. pseudomallei forma colonie abbastanza grandi, rugose, circolari, mucose o non mucose, piatte, colorate di rosa/fucsia.
    Si formano dopo 48 h di incubazione a 37-40°C.
    Questo tipo di aspetto, su questo tipo di terreno, può verosimilmente identificare il microrganismo come B. pseudomallei.
  • BPSA: colonie grosse, rugose, circolari, mucoidi o no, piatte, fucsia/lilla. Dopo 48 di incubazione in condizioni aerobie e a 37°C possono apparire viola scure.
  • MacConkey agar (Fig.19): colonie grosse, lisce, mucose o no dopo una notte di incubazione. Dopo due notti di incubazione possono apparire rugose.
  • Agar sangue: colonie grosse, lisce, cremose, mucose o no dopo un'incubazione di 24 h in aerobiosi e con 37°C. Dopo 48 h possono apprire rugose.
Aspetto delle colonie di B. pseudomallei su Ashdown's agar: grandi, rugose, piatte, rosa
Figura 18 - Aspetto delle colonie di B. pseudomallei su Ashdown's agar: grandi, rugose, piatte, rosa. [Fonte: ResearchGate]
Aspetto delle colonie di B. pseudomallei su MacConkey Agar
Figura 19 - Aspetto delle colonie di B. pseudomallei su MacConkey Agar. [Fonte: ResearchGate]

Tra le sue peculiarità biochimiche vi sono: quasi tutte le forme sono capsulate, sono catalasi positivi, non liberano solfito di idrogeno ed indolo, fanno nitrato riduzione, sono ossidasi positivi ed ureasi negativi, fermentano il glucosio, il mannitolo e il mannosio, ma non il lattosio, il maltosio e l'arabinosio, sanno sfruttare l'acetato e la gelatinasi ma non esprimono beta-galattosidasi.

Tra i principali fattori di virulenza vi sono (Fig.20):

  • Capsula e pili per l'adesione epiteliale/mucosa;
  • Fimbrie per il legame con gli zuccheri D-mannosilati delle glicoproteine di superficie delle cellule epiteliali dell'ospite;
  • Lipopolissacaride che interferisce con le difese immunitarie;
  • Sistemi di secrezione che aiutano il batterio a fuggire dagli elementi del sistema immunitario che li fagocitano;
  • Tossine come la Burkholderia Lethal Factor 1;
  • Pompe di efflusso che permettono al batterio di espellere le molecole di antibiotico;
  • Fattori che provocano stress ossidativo.
Caratteristiche che conferiscono virulenza al microrganismo, per esempio: sistemi di secrezione, tossine e pompe ad efflusso
Figura 20 - Caratteristiche che conferiscono virulenza al microrganismo, per esempio: sistemi di secrezione, tossine e pompe ad efflusso. [Fonte: SpringerLink]

Patogenesi

B. pseudomallei è un microganismo del suolo che può comportarsi come patogeno opportunista (Fig.21) nel momento in cui si entra a contatto con campioni contaminati tramite lesioni cutanee, ingestione od inalazione.
A seguito dell'esposizione, il microrganismo si avvicina alle cellule dell'ospite a cui aderisce grazie alla presenza di capsula, pili e adesine.
L'invasione cellulare attiva i fagociti da cui, tuttavia, riesce ad evadere grazie all'espressione di una serie di fattori di virulenza sopracitati.
Dopo essere fuggito dai fagociti continua l'invasione degli organi e dei tessuti causando danno cellulare e citotossicità che portano allo sviluppo di melioidosi endemica nel nord dell'Australia, nel Vietnam, Malesia, Hong Kong, Taiwan e Papua Nuova Guinea.

Meccanismi di patogenesi di B. pseudomallei
Figura 21 - Meccanismi di patogenesi di B. pseudomallei. [Fonte: Vanitha Mariappan et al. 2021]

Diagnosi di laboratorio

L'isolamento di B. pseudomallei da siti infetti rappresenta il gold standard della diagnosi di melioidosi.
Tuttavia, in laboratorio esistono diverse strategie diagnostiche da seguire:

  • Caratterizzazione biochimica delle colonie: si tratta di una metodica abbastanza sfruttata per l'identificazione di B. pseudomallei. Si usa il sistema API 20NE che possiede una specificità pari al 99%, oppure lo strumento Vitek 1;
  • Test di agglutinazione del lattice: disponibile per rapide identificazioni;
  • ELISA: prevede il riconoscimento dell'antigene OPS o di altri a partire dal siero del paziente;
  • PCR, sequenziamento genico e blotting: sono ulteriori tecniche che, singolarmente, o in abbinato ad altre, possono permettere il riconoscimento del microrganismo.

Trattamento

B. pseudomallei risulta essere intrinsecamente resistente alla penicillina, ampicillina, alle cefalosporine di I e II generazione, ai macrolidi, alla rifampicina, alla gentamicina e alla colistina.
Questa resistenza è legata alla non permeabilità di membrana del batterio, alla sua dotazione di pompe da efflusso, disattivazione enzimatica e sequestro di farmaci.
Tuttavia, è possibile somministra co-trimoxazolo, amoxicillina-clavulanato, cefalosporine di III generazione, carbapenemi, cloramfenicolo, doxicicline e cefoperazone.
Solitamente, nella fase acuta è bene somministrare imipenem, meropenem, cefoperazone e amoxicillina, mentre nella fase di eradicazione co-trimoxazolo.
Non esistono attualmente vaccini per questo tipo di batterio, tuttavia il co-trimoxazolo può essere utilizzato come profilassi post-esposizione nei paesi maggiormanete a rischio.

Fonti

Testo

Sezione: Introduzione e Bordetella ------------------------------------------------------------------------------

Sezione: Burkholderia --------------------------------------------------------------------------------------------

Immagini

Immagine di copertina: BiosLogos.

Tabelle

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