STAFILOCOCCHI - Sezione di Microbiologia

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Scuola di Scienze mediche e Farmaceutiche
STAFILOCOCCHI
Prof. Oliviero E. Varnier
2012
Sezione di Microbiologia – Dipartimento di Scienze Chirurgiche R Diagnostiche Integrate (DISC)

STAFILOCOCCHI
Gli stafilococchi sono cocchi gram-positivi e catalasi-positivi, con un
diametro di circa 1 μ, generalmente disposti in aggregati irregolari, a
grappoli (il nome deriva infatti dal greco staphylé, grappolo).
Furono così denominati fi n dall’inizio dal chirurgo scozzese Alexander
Ogston, che per primo, nel 1881, li osservò al microscopio in un pus.
Tre anni più tardi, il tedesco Rosenbach riuscì a coltivarli e conferì loro
dignità tassonomica, riconoscendo il genere Staphylococcus.
La sua distinzione fra due specie, caratterizzate una da colonie aurate (S.
aureus) e una da colonie bianche o non pigmentate (S. albus), diede
l’avvio a una impostazione dualistica della classificazione degli stafi
lococchi destinata a resistere per molti decenni.
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STAFILOCOCCHI
Questa tradizionale ma vecchia impostazione era anche vagamente
manichea, contrapponendo a una specie coagulasi-positiva sicuramente
patogena, di cui preoccuparsi a livello clinico (S. aureus), una
specie coagulasi-negativa considerata commensale (il vecchio S.
albus, poi ridenominato S. epidermidis), tendenzialmente trascurata da
un punto di vista clinico.
Soltanto negli ultimi decenni è stata fatta chiarezza sia tassonomica sia
clinica, soprattutto per quanto riguarda gli:
stafilococchi coagulasi negativi, che, lungi dall’essere un’unica
specie, sono in realtà formati da una varietà di specie diverse,
alcune delle quali possono anche rendersi responsabili di gravi
infezioni sia comunitarie che nosocomiali
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STAFILOCOCCHI
L’habitat naturale in cui normalmente vivono gli stafi lococchi è
costituito dalla cute dei mammiferi (e talora anche di alcuni uccelli).
Sono attualmente riconosciute una quarantina di specie stafi
lococciche, ma è chiaro che il loro numero è molto più elevato: mentre
alcune specie hanno infatti uno spettro d’ospite assai ampio (come S.
aureus), altre hanno invece uno spettro d’ospite molto specifico (ad
esempio S. epidermidis, sensu stricto come lo si intende oggi, è una
specie esclusivamente umana), sicché è probabile che molte specie non
siano mai state oggetto di studio.
Insieme agli altri cocchi gram-positivi e catalasi-positivi, gli stafilococchi
sono tradizionalmente considerati parte della famiglia delle Micrococcaceae.
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STAFILOCOCCHI
Gli stafilococchi si distinguono tradizionalmente dai micrococchi (comuni
batteri non patogeni della stessa famiglia) per la capacità di utilizzare il
glucoso in anaerobiosi; ma
I generi Staphylococcus e Micrococcus siano filogeneticamente lontani
La produzione di catalasi distingue classicamente gli stafilococchi da
molti altri cocchi gram-positivi di interesse clinico (come streptococchi ed
enterococchi),
mentre la produzione di oagulasi costituisce la base tradizionale per
differenziare lo S. aureus dalle altre specie stafilococciche umane, che
proprio per questo sono spesso indicate cumulativamente come
“stafilococchi coagulasi-negativi” (spesso con l’acronimo CNS,
coagulase-negative staphylococci).
Esistono in realtà alcune specie stafilococciche coagulasi-positive
diverse da S. aureus, ma in ospiti diversi dall’uomo.
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STAFILOCOCCHI
Gli stafilococchi sono aerobi-anaerobi facoltativi e crescono bene nei
comuni terreni di coltura. Sono tipicamente alofili, potendo svilupparsi
senza problemi in presenza di elevate concentrazioni saline,
caratteristica questa sfruttata nell’allestimento dei più comuni terreni
selettivi per questi batteri.
Oltre che fra i più comuni commensali soprattutto a livello cutaneo, gli
stafilococchi sono fra i più frequenti, importanti e ubiquitari patogeni
dell’uomo, e si sono dimostrati altresì fra i batteri che più hanno saputo
sviluppare farmaco-resistenze nel corso dell’era antibiotica.
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STAPHYLOCOCCUS AUREUS
Anche se non è più considerata l’unica specie stafilococcica patogena,
S. aureus resta del genere Staphylococcus la specie patogena per
eccellenza, e in assoluto uno dei più comuni e importanti patogeni
dell’uomo, sia in ambito comunitario sia in ambito ospedaliero.
Negli ultimi anni è stato possibile sequenziare l’intero genoma di diversi
ceppi di S. aureus, con diverse caratteristiche di patogenicità e di
antibiotico-resistenza: da queste nuove conoscenze si spera di trarre
nuovi e sempre più efficaci strumenti con cui difenderci da questo
patogeno.
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STAFILOCOCCHI
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Identificazione di laboratorio
Già l’aspetto delle colonie su un normale terreno solido di coltura
(generalmente pigmentate, spesso emolitiche) può indirizzare verso una
diagnosi appropriata.
A maggior ragione se l’esame microscopico conferma che si tratta di
cocchi gram-positivi tipicamente disposti a grappolo.
La pigmentazione delle colonie è dovuta alla produzione, nella maggior
parte dei ceppi di S. aureus, di un pigmento carotenoide di colore
variabile dal giallo oro al giallo all’arancio.
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Agar sale-mannitolo
Selettivo/differenziale
Contiene NaCl, mannitolo,
rosso fenolo
Utilizzato per isolare stafilococchi
e streptococchi, inibisce la
crescita della maggior parte
degli enterobatteri.
Staphylococcus aureus
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Agar sale-mannitolo
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Identificazione di laboratorio
Nei casi in cui è indicato l’uso di un terreno selettivo, si usa di solito l’agarsale-mannitolo
(terreno di Chapman) che, oltre a
consentire la crescita soltanto degli stafilococchi grazie alla presenza
del 7,5% di NaCl,
è anche indicatore per la presenza come unica fonte di carbonio del
mannitolo (tipicamente utilizzato da S. aureus, ma non da S.
epidermidis e da molti altri CNS).
La produzione di coagulasi resta il test di riferimento per
l’identificazione di laboratorio di S. aureus, anche se la situazione è oggi
molto cambiata grazie all’ampia disponibilità in commercio di una
varietà di sistemi e kit diagnostici alternativi, spesso automatizzati.
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Tipizzazione
La tipizzazione degli stipiti di S. aureus è oggi affidata, come
per gli altri batteri, essenzialmente a tecniche molecolari
sempre più varie e sofisticate.
Grande interesse però continua a rivestire la tradizionale
tipizzazione fagica (basata cioè sulla sensibilità ad una
serie di fagi specifici), mentre scarso interesse rivestono
ormai i metodi di tipizzazione sierologica.
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Costituenti cellulari e strutturali
Staphylococcus aureus possiede una capsula di natura polisaccaridica, non molto
sviluppata dotata di potere antifagocitario.
La parete di S. aureus contiene caratteristicamente nel peptidoglicano ponti crociati
costituiti da 5-6 residui di glicina, mentre gli acidi teicoici sono formati da poli-ribitol-fosfato
(a differenza di molti CNS nei quali si trova poli-glicerol-fosfato).
Importanti strutture di superficie di S. aureus sono
proteina A lega il frammento Fc delle immunoglobuline, soprattutto delle IgG)
Adesine: una varietà di proteine capaci di legarsi ad altre proteine dell’ospite
(fibronectina, laminina ecc.).
stafilocoagulasi, coagulasi vera o coagulasi libera
coagulasi legata (clumping factor) prodotta dalla maggior parte dei ceppi di S.
aureus, costituita da una proteina superficiale non enzimatica associata alla parete.
Sono state occasionalmente descritte anche altre sostanze superficiali (polisaccaridi, ma
anche enzimi proteolitici) capaci di attivare la protrombina simulando la presenza di
coagulasi (pseudocoagulasi).
il pigmento carotenoide tipicamente prodotto da S. aureus, grazie alle proprietà
antiossidanti normalmente associate a questi pigmenti in natura, può danneggiare i
neutrofili e favorire così la virulenza.
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SOSTANZE SOLUBILI: ESOTOSSINE ed ENZIMI
Come è caratteristico di molti cocchi gram-positivi, S.
aureus produce una grande varietà e quantità di sostanze
solubili che libera nell’ambiente extracellulare:
citotossine
emolisine alfa, beta, gamma e delta
leucocidina
enterotossina,
epidermolisina
tossina dello shock tossico.
Esoenzimi:
Coagulasi e catalasi
fosfatasi, DNasi, lipasi, proteasi, ialuronidasi, stafilochinasi,
enzimi batteriolitici, beta-lattamasi.
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Sostanze solubili: esotossine, esoenzimi
L’emolisina alfa è una tossina complessa, ampia gamma di azioni
biologiche, capace di formare pori nelle membrane di numerosi tipi di
cellule di mammiferi, attivando un pathway di morte mitocondriale. Ha una
azione sulla muscolatura liscia vasale e induce apoptosi nelle cellule
mononucleate del sangue periferico.
L’emolisina beta è una sfingomielinasi Mg++-dipendente, che agisce
sullo strato fosfolipidico esterno della membrana eritrocitaria rendendo
l’eritrocita molto vulnerabile ad agenti litici.
L’emolisina gamma è una citotossina capace di formare pori nella
membrana eritrocitaria,
L’emolisina delta è una citotossina fortemente idrofobica, capace di
formare pori a livello della membrana eritrocitaria.
Diverse leucocidine, la più studiata è quella di Panton-Valentine. Sono
citotossine a due componenti, simili alla gamma-tossina. L’azione
citotossica sui leucociti e i macrofagi è associata a una perdita selettiva di
potassio e a un incremento dell’attività ATPasica.
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Sostanze solubili: esotossine, esoenzimi
7 tipi antigeni di enterotossina, Sono tutte proteine resistenti al calore e
agli enzimi proteolitici (caratteristiche queste ovviamente importanti nella
patogenesi delle tossinfezioni alimentari di cui sono responsabili).
L’epidermolisina (o tossina esfoliativa) è una tossina a due componenti
(una termostabile e una termolabile). Determina ampi scollamenti negli
strati superficiali dell’epidermide per un’azione sui desmosomi, che si
osservano in neonati colpiti dalla sindrome della cute ustionata.
La tossina della sindrome dello shock tossico (TSST-1) agisce come
un superantigene e come un potente stimolatore del sistema immune,
provocando un rilascio esagerato di alcune citochine e una iperproliferazione
delle cellule T.
La coagulasi è un pro-fattore proteico, che reagisce con un co-fattore
plasmatico protrombino-simile (CRF, coagulase-reacting factor) trasformando
il fibrinogeno in fibrina.
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Sostanze solubili: esotossine, esoenzimi
La coagulasi è un pro-fattore proteico, che reagisce con un co-fattore
plasmatico protrombino-simile (CRF, coagulase-reacting factor)
trasformando il fibrinogeno in fibrina.
La catalasi, enzima che scinde il perossido di idrogeno in acqua e
ossigeno, è ritenuta avere un ruolo importante nel permettere alle cellule
batteriche di moltiplicarsi all’interno dei fagociti dell’ospite.
La stafilochinasi favorisce la fibrinolisi attivando il plasminogeno del
plasma che viene trasformato in plasmina.
La ialuronidasi è una mucopolisaccaridasi specificamente attiva sull’acido
ialuronico. Importante nel favorire la diffusione dell’infezione (spreading
factor).
Gli enzimi batterolitici comprendono una varietà di enzimi coinvolti nella
sintesi del peptidoglicano, con prevalenza di un’attività N-acetilglucosaminidasica
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COLONIZZAZIONE
L’uomo è un serbatoio naturale di S. aureus
Si calcola che il 30-50% dei soggetti adulti ne siano colonizzati,
il 10-20% in modo persistente.
Nei casi di colonizzazione persistente, fra le sedi maggiormente
interessate vi sono di solito il vestibolo nasale e la
regione perineale.
Il tasso di colonizzazione è più elevato in individui in cui
siano presenti particolari condizioni favorenti (ad esempio
diabetici, emodializzati, tossicodipendenti, pazienti con varie
forme di immunodeficienza).
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Azione Patogena
Staphylococcus aureus è un batterio dotato di una potenzialità patogena
molto elevata, che deriva dall’insieme di una varietà di componenti
strutturali, e in modo ancora più significativo dalle numerose sostanze
solubili (esotossine ed esoenzimi) che caratteristicamente produce.
Sono probabilmente soprattutto le tossine che, nel loro insieme,
contribuiscono in modo determinante all’aggressività di certi ceppi
particolarmente virulenti.
Una situazione a parte è rappresentata da particolari situazioni morbose
conseguenti all’azione specifica di tossine specifiche.
La speciale capacità dello S. aureus di sviluppare antibiotico-resistenze
ha un ruolo cruciale nel renderlo un patogeno di successo, soprattutto in
ambiente ospedaliero.
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STAFILOCOCCIE
Le stafilococcìe, come sono definite le comuni infezioni da S. aureus,
hanno generalmente carattere suppurativo e sono estremamente variabili
per sede e per gravità, potendo interessare pressoché qualsiasi organo e
apparato.
Le localizzazioni più frequenti riguardano la cute, le ghiandole cutanee
e i tessuti molli sottocutanei (foruncolo, impetigine, idrosadenite, favo,
flemmone, patereccio ecc.), ma si possono avere localizzazioni
ascessuali varie e più profonde, specifiche infezioni d’organo
(osteomieliti, endocarditi, polmoniti ecc.), infezioni di ferite chirurgiche,
forme sistemiche (batteriemie primarie e secondarie).
Oltre alle assai più comuni stafilococcìe, S. aureus causa anche forme
cliniche a carattere suppurativo e sono espressione dell’azione di singole
e ben specifiche tossine:
tossinfezioni alimentari associate alle enterotossine,
sindrome della cute ustionata associata all’epidermolisina,
sindrome dello shock tossico associata alla TSST-1.
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TOSSINFEZIONI ALIMENTARI
Fra le tossinfezioni alimentari, quella da S. aureus è una delle più
comuni.
È dovuta all’ingestione di alimenti contaminati, nei quali cioè lo sviluppo
di ceppi enterotossici ha provocato l’accumulo di notevole quantità di
enterotossina.
Si tratta quindi più precisamente di intossicazioni alimentari, che spesso si
manifestano come focolai epidemici che interessano contemporaneamente
più pazienti che si sono cibati dello stesso alimento contaminato.
Dal punto di vista patogenetico, è importante la resistenza dell’enterotossina
all’azione degli enzimi proteolitici digestivi, nonché la sua termoresistenza
che la rende parzialmente resistente alla cottura dei cibi
coinvolti (che sono per lo più ricchi di zuccheri e di lipidi, come creme,
gelati ecc.).
Le manifestazioni cliniche insorgono di regola bruscamente a poche ore di
distanza dall’ingestione degli alimenti contaminati, con sintomi sia generali
(febbre) sia locali (vomito, diarrea), che tendono peraltro a risolversi
spontaneamente in tempi relativamente brevi.
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SINDROME della CUTE USTIONATA
Sotto la denominazione di sindrome della cute ustionata, spesso
indicata con l’acronimo SSSS (staphylococcal scalded skin syndrome),
si tende a comprendere una varietà di quadri clinici attribuibili
all’epidermolisina e caratterizzati da:
eritema, epidermolisi ed esfoliazione degli strati superficiali
dell’epidermide.
Si tratta di manifestazioni di interesse pediatrico e più spesso
neonatologico: impetigine bollosa, necrolisi epidermica, malattia di
Ritter e dermatite esfoliativa generalizzata.
Lo sviluppo del ceppo tossigeno può avvenire nelle stesse sedi
cutanee interessate, oppure in focolai infettivi, spesso asintomatici,
da cui diffonde la tossina epidermolitica.
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SINDROME dello SJOCK TOSSICO
la sindrome dello shock tossico (TSS, toxic shock
syndrome) è causata da una tossina (la TSST-1) che
diffonde per via ematogena da un focolaio di partenza
spesso ignorato.
È una sindrome acuta, grave, caratterizzata da febbre,
ipotensione, eritrodermia desquamativa, e vari sintomi
d’organo.
È stata descritta soprattutto in donne che facevano uso di
particolari assorbenti interni o di garze in infezioni cutanee,
sottocutanee o postoperatorie.
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SENSIBILITA’ e RESISTENZA agli ANTIBIOTICI
Fin dall’inizio dell’era antibiotica, Staphylococcus aureus è
sempre stato un protagonista assoluto di quei fenomeni di
antibiotico-resistenza acquisita che, via via dilatandosi e
assumendo sempre maggiore e più drammatica rilevanza,
hanno finito per diventare oggi uno dei grandi scenari di crisi
della medicina moderna.
Di particolare importanza e interesse è stata l’evoluzione
della resistenza di S. aureus agli antibiotici beta-lattamici
nel corso dell’era antibiotica, caratterizzata da due fasi ben
distinte di epidemie di infezioni ospedaliere.
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SENSIBILITA’ e RESISTENZA agli ANTIBIOTICI
Una prima ondata epidemica, sviluppatasi precocemente (a
partire dai primi anni cinquanta del secolo scorso) e
rapidamente dilagata in tutto il mondo, fu sostenuta da ceppi
penicillino-resistenti, diventati tali avendo acquisito la
capacità di produrre penicillinasi.
Questi ceppi (in origine spesso appartenenti al fagotipo
80/81) presentavano solo occasionale e moderata
resistenza agli altri antibiotici.
L’epidemia si esaurì dopo una decina d’anni, soprattutto
grazie all’avvento di nuovi antibiotici (come le penicilline
penicillinasi-resistenti e le prime cefalosporine), anche
se la caratteristica fenotipica e genotipica della produzione di
beta-lattamasi è rimasta acquisita definitivamente dalla gran
maggioranza degli stipiti sia ospedalieri che comunitari.
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SENSIBILITA’ e RESISTENZA agli ANTIBIOTICI
Una seconda ondata epidemica, tuttora in corso, è quella sostenuta da
ceppi meticillino-resistenti (internazionalmente noti con l’acronimo
MRSA, methicillin-resistant S. aureus), capaci di resistere alla meticillina,
capostipite delle penicilline penicillinasi-resistenti.
Questa epidemia ha avuto un inizio lento e insidioso negli anni sessantasettanta,
e solo negli anni ottanta il problema è stato riconosciuto come
un’emergenza globale e generalizzata.
In realtà, i ceppi MRSA sono resistenti non solo alle penicilline
penicillinasi-resistenti ma a tutti i beta-lattamici, e in più sono di regola
caratterizzati da una spiccata multiresistenza, ossia risultano
frequentemente resistenti a una molteplicità di antibiotici non correlati.
I glicopeptidi hanno finito per diventare una scelta spesso obbligata per il
trattamento delle infezioni da MRSA.
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SENSIBILITA’ e RESISTENZA agli ANTIBIOTICI
Si capisce quindi la particolare preoccupazione suscitata dall’emergenza,
nell’ultimo decennio:
ceppi di MRSA resistenti a basso livello ai glicopeptidi,
ceppi altamente resistenti a questi farmaci per effetto dell’acquisizione
(per trasferimento orizzontale) del complesso genico vanA da
enterococchi vancomicino-resistenti.
Da tempo, ormai, i ceppi MRSA sono i principali protagonisti delle
infezioni ospedaliere.
Negli ultimi anni, ceppi MRSA sono emersi anche al di fuori del
tradizionale ambito ospedaliero, e cioè come patogeni comunitari.
Questi ceppi, denominati CA (community-acquired)-MRSA, non presentano
il fenomeno della multiresistenza, e sono spesso resistenti solo ai
beta-lattamici. Tendono però a manifestare una maggiore virulenza
rispetto ai ceppi MRSA nosocomiali, anche perché sono spesso
produttori della leucocidina di Panton-Valentine.
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