Bordetella pertussis

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Caratteristiche

Bordetella pertussis è un coccobacillo Gram (–) appartenente al genere Bordetella. Come suggerito dal nome, questo batterio è l’agente eziologico della pertosse, un’infezione respiratoria acuta caratterizzata da episodi di tosse spasmodica molto grave.

E’ inoltre un batterio:

  • Aerobio
  • Catalasi (+)
  • Ureasi (-)
  • Immobile
  • Non producente spore
  • Incapsulato

Il genere Bordetella contiene nove specie, tre delle quali (B. pertussis , B. parapertussis e B. bronchiseptica) hanno una stretta correlazione a livello filogenetico: B. parapertussis provoca una malattia simile alla pertosse negli esseri umani, mentre B. bronchiseptica è in grado di infettare anche altri mammiferi causando disturbi respiratori. Né B. pertussis, né tanto meno le altre specie filogeneticamente correlate, presentano vita libera: sono infatti dei patogeni il cui habitat naturale è la mucosa respiratoria umana.

Per quanto riguarda le condizioni di crescita, questi batteri crescono in modo ottimale a temperature comprese tra i 35 °C e i 37 °C, e in atmosfera con un 5-10 % di CO2.

Struttura

La parete cellulare di B.pertussis è composta da 5 strati. I tre strati esterni appaiono come un’unica membrana, e per questo vengono definiti, per l’appunto, membrana esterna. Questa membrana e lo strato più interno, rappresentato da denso mucopeptide, sono poi separati da uno spazio periplasmatico con un sottile strato di peptidoglicano nel mezzo.

Una caratteristica dei Gram (-) è la presenza di lipopolisaccaride (LPS) sulla membrana esterna, che conferisce proprietà antigeniche. Il lipopolisaccaride di B. pertussis presenta però una struttura differente: la differenza con il classico LPS risulta nell’assenza dell’antigene O, al cui posto troviamo un trisaccaride non ripetitivo. Per questo viene chiamato lipooligosaccaride (LOS).

Figura 1- visualizzazione di B.pertussis al TEM
Figura 1 – Rapprsentazione di Bordetella pertussis

Filogenesi


Dominio
Bacteria
PhylumProteobacteria
ClasseBetaproteobacteria
OrdineBurkholderiales
FamigliaAlcaligenaceae
GenereBordetella
SpecieB.pertussis

Morfologia delle colonie

Su Regan-Lowe Agar, le colonie appaiono piccole, convesse, lisce e brillanti, di un colore grigio argenteo. Allungando i tempi di incubazione, il colore vira verso un bianco-grigiastro.

Essendo un batterio emolitico, in alcuni casi è possibile osservare l’area di emolisi intorno alle colonie.

Figura 2- colonie biancastre di B.pertussus cresciute su terreno Regan-Lowe-Agar
Figura 2 – Colonie di B. pertussis su Regan-Lowe agar

Patogenesi

B. pertussis è un batterio la cui patogenicità è mediata soprattutto da tossine, oltre che da altri prodotti antigenici e biologicamente attivi, responsabili delle caratteristiche cliniche della malattia.

Tossine

B. pertussis produce 4 tipi di tossine:

  • Tossina della pertosse: si tratta di un’esotossina proteica, composta da 6 subunità (S1,S2,SS,S4,S5). E’ inoltre un esamero in quanto contiene due subunità S4. La tossina della pertosse fa parte delle tossine ADP-ribosilanti. La subunità S1 costituisce il protomero A ed è quindi implicata nello svolgiemento dell’attività biologica. Le restanti subunità formano l’oligomero B, il quale permette il legame del complesso alla membrana cellulare. La tossina si lega ai recettori delle cellule con due dimeri, uno costituito da S2 e S4 e l’altro da S3 e S4. Il risultato del legame della tossina alla membrana e della sua attivazione è l’alterazione del sistema cAMP- adenilato ciclasi con successivo accumulo di cAMP. Questo provoca uno squilibrio elettrolitico con escrezione massiva di liquidi e rilascio di IL-1. In seguito a questo processo, si ha una sensibilizzazione all’istamina ed il blocco delle cellule immunitarie effettrici.Una particolare caratteristica di questa tossina, è quella di avere una capacità emoagglutinante.  
  • Tossina termolabile: Si tratta di una tossina proteicadermonecrotica con effetto vasocostrittore che, in associazione con la tossina tracheale, produce paralisi delle ciglia bronchiali e danni al tessuto respiratorio.
  • Tossina adenilato ciclasi: è anch’essa una tossina proteica, con un’attività adenilato ciclasica. La sua attività provoca un’aumento repentino di cAMP,il blocco della fagocitosi e porta all’incapacità da parte dei neutrofili di uccidere i batteri.
  • Citotossina tracheale: in associazione con la tossina termolabile, porta alla distruzione delle cellule ciliate della trachea.

Altri fattori di virulenza

  • Emoagglutinina filamentosa: si tratta di una proteina filamentosa che svolge il ruolo di adesina. Permette infatti l’adesione del batterio alle cellule ciliate dell’epitelio respiratorio.
  • Pertactina: è una proteina che si trova sulla membrana esterna e media l’adesione del batterio alle cellule epiteliali tracheali.
  • Pili

I fattori di virulenza di B. pertussis, agiscono soprattutto sul sistema immunitario. Tramite la tossina della pertosse, questo batterio è in grado di inibire la risposta innata interferendo nella comunicazione tra risposta innata e riposta adattativa e andando ad inibire l’ingresso repentino di cellule natural killer e neutrofili nelle vie aeree.

Figura 3- meccanismo d'azione di B.pertussis
Figura 3 – Bordetella pertussis produce tossine che danneggiano le cellule ciliate del tratto respiratorio

La pertosse

La pertosse, chiamata anche tosse dei 100 giorni, è una malattia particolarmente diffusa in tutto il mondo, che colpisce prevalentemente bambini al di sotto dei 5 anni. Questa suscettibilità del bambino fin dai primi giorni della sua vita, è dovuta al fatto che gli anticorpi materni non sono in grado di proteggerlo.

Si caratterizza per la presenza di tosse acuta e persistente (può durare più di 3 settimane) che, per il troppo sforzo, può portare a emorragie subcongiuntivali, fratture a livello del costato ed ernie. Tra le complicazioni secondarie e più gravi, possiamo annoverare la rottura della pleura, encefalopatia e conseguenti disturbi neurologici. Le complicazioni possono essere maggiori nei bambini piccoli, in quanto si ha una maggiore suscettibilità a sovrainfezioni batteriche che possono portare a polmoniti, otiti, bronchiti e crisi convulsive. Nei bambini al di sotto del primo anno d’età, la pertosse può essere grave a tal punto da portare alla morte.

La dose infettiva è molto bassa, per questo la pertosse risulta essere una malattia molto contagiosa. La trasmissione avviene attraverso goccioline rilasciate con tosse e starnuti e, non appena il batterio penetra nelle vie aeree superiori, si instaura nella nasofaringe provocando il classico quadro catarrale. Successivamente il batterio attraversa la trachea per arrivare nei bronchi, dove colonizza la mucosa bronchiale producendo necrosi. La colonizzazione delle cellule ciliate dell’epitelio e la successiva necrosi, provocano una tosse molto intensa con polmonite interstiziale.

Fasi e decorso della malattia

Il periodo di incubazione dura circa 10 giorni, dopodichè è possibile dividere il decorso della malattia in 3 stadi:

  1. Fase catarrale: è una fase in cui il paziente è altamente contagioso. I segni e sintomi principali sono febbricola, leggero raffreddore e tosse, accompagnate con una leggera leucocitosi. E’ una fase molto importante per il trattamento con antibiotico.
  2. Fase parotossica: dura dalle 2 alle 4 settimane ed è caratterizzata da tosse grave e spasmodica con leucocitosi.
  3. Fase di convalescenza: dura circa 2 settimane e si ha la graduale diminuzione dei sintomi.

Metodi di identificazione

B. pertussis può essere coltivato e isolato a partire da tamponi rinofaringei o secrezioni rinofaringee che vengono successivamente coltivate su piastra.

I terreni di coltura più utilizzati sono:

  • Agar Bordet-Gengou: è stato uno dei primi terreni di coltura ad essere ottimizzato per la crescita di B. pertussis. E’ costituito da fecola di patate, sangue, glicerolo e alcuni antibiotici (penicillina e nicotinamide). Questo terreno, attualmente, è poco utilizzato in quanto è stato sostituito da terreni più specifici.
  • Regan-Lowe agar o Charcoal Blood Agar: è il terreno di arricchimento prediletto. Al suo interno troviamo carbone, sangue e antibiotico (efalessina, amfotericina B).

B. pertussis può anche essere identificato mediante metodi molecolari (PCR) e metodi sierologici (ELISA). I metodi sierologici includono antigeni purificati come l’emoaglutinina filamentosa, e in particolare la tossina della pertosse.

Trattamento

Il metodo più efficiente per il controllo della malattia, è l’utilizzo di antibiotici come eritromicina, azithromycina e clarithromycina. Molto importante è la tempistica con la quale vengono somministrati gli antibiotici: se utilizzati nelle primissime fasi della malattia, possono ridurre notevolmente la durata dell’infezione e prevenirne quindi la diffusone. Generalmente un trattamento di 5 giorni risulta essere effettivo ai fini della cura e della profilassi.

Prevenzione

La prevenzione è sempre il punto di partenza per evitare la diffusione di una malattia.

Prima della messa a punto del vaccino, infatti, la pertosse era una delle cause di morti infantili più comuni. Il primo vaccino venne sviluppato negli anni ’50, ma si trattava di un vaccino cellulare con presunta tossicità ed effetti collaterali. Attualmente si utilizza un vaccino acellulare molto più affidabile e sicuro, contenente la tossina pertossica detossificata.

Il vaccino per la pertosse viene generalmente incluso nel vaccino trivalente contro difterite,pertosse e tetano (DPT). Sono inoltre stati sviluppati due tipi di formulazioni pediatriche, approvate per i bambini la cui età va da 6 mesi a 7 anni. Il corso di immunizzazione primario per i bambini consiste in tre dosi di DTaP somministrate per via intramuscolare ad intervalli di 4-8 settimane, generalmente a 2, 4 e 6 mesi di età. Una quarta dose viene somministrata circa 6-12 mesi dopo (da 15 a 18 mesi di età) e una quinta dose da 4 a 6 anni di età.

vaccino pentavalente
vFigura 4 – vaccino combinato per difterite, tetano, pertosse, polio e haemophilus influenzae (HIB).

Fonti

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