Pseudomonas aeruginosa – Il batterio opportunista

Pseudomonas aeruginosa è un batterio patogeno che, quando si trova nell’ambiente più adatto, modifica il suo ciclo vitale producendo un biofilm che lo rende difficile da eradicare e resistente agli antibiotici.

Pseudomonas aeruginosa è un piccolo bacillo gram negativo, aerobio/anaerobio facoltativo (Fig.1). Riesce a muoversi grazie alla presenza di un flagello polare e si trova diffuso nel suolo, nelle acque ed anche in alcune parti del nostro corpo, costituendo il 6% della nostra flora microbiotica.

Rappresentazione 3D di Pseudomonas aeruginosa
Figura 1 – Rappresentazione 3D di Pseudomonas aeruginosa.

Possiede una capsula esopolisaccaridica mucoide che gli permette di aderire ai substrati e di impedire la fagocitosi dei neutrofili, cosa che lo rende molto difficile da eradicare.

Predilige ambienti umidi e caldi, ma può vivere in un range di temperature che va dai 4°C ai 42°C.

P. aeruginosa produce β-lattamasi, enzimi in grado di idrolizzare gli anelli β-lattamici, che inattivano l’azione delle penicilline, delle cefalosporine e di altre tipologie di antibiotici.

Pseudomonas in ospedale

Si tratta di un microrganismo molto presente in ambienti ospedalieri, poiché essendo resistente ad un gran numero di antibiotici e a diversi tipi di disinfettante, persiste e prolifera in quell’ambiente dove altri batteri muoiono.

I soggetti a rischio sono tutti i pazienti immunodepressi, con respirazione assistita, ustionati, diabetici, con fibrosi cistica, ecc. 

Tutti questi pazienti si trovano in ospedale di frequente e per molto tempo, perciò, a stretto contatto con Pseudomonas, vengono infettati nel giro di poco tempo.

Un fattore che influenza la trasmissione del batterio è l’utilizzo di antibiotici ad ampio raggio. Normalmente il microbiota commensale compete con Pseudomonas aeruginosa impedendogli di attecchire ai substrati dell’individuo. L’utilizzo di una cura antibiotica ad ampio raggio spazza via una buona parte del microbiota lasciando spazio a P. aeruginosa che, resistente agli antibiotici, può proliferare.

Una volta infettato l’individuo, P. aeruginosa sarà capace di produrre un biofilm.

Il biofilm

Il biofilm è una massa gelatinosa di microrganismi che secernono una matrice polisaccaridica che gli permette di aderire saldamente alle superfici.

Si tratta di microrganismi che in condizioni favorevoli decidono di abbandonare la vita natante ed organizzarsi in un substrato altamente resistente (Fig. 2).

Il biofilm oltre che attecchire ai diversi substrati di un individuo si forma anche sugli apparati medicali come valvole cardiache artificiali, protesi e cateteri.

Una volta prodotto il biofilm, moltissimi antibiotici non sono in grado di attraversare la pellicola polisaccaridica, rendendo i microorganismi all’interno resistenti ad un ampio spettro di antibiotici. 

Concentrazioni subletali, cioè appena al di sotto di quelle letali dell’antibiotico, fungeranno da segnalazione, ovvero stimolano e promuovono la produzione di biofilm. 

Schematizzazione della formazione di un biofilm.
Figura 2 – Schematizzazione della formazione di un biofilm

Oltre al fenomeno della resistenza agli antibiotici, l’utilizzo sconsiderato o cure antibiotiche non adeguate possono portare alla produzione del biofilm, difficilmente eradicabile.

All’interno del biofilm si trovano microorganismi in diversi stadi vitali. Ciò che lo rende particolarmente resistente, oltre la pellicola polisaccaridica, è la presenza di cellule quiescenti. Queste cellule, qualora si riuscisse ad uccidere una buona parte della colonia batterica, si attivano e proliferano ristabilendo l’equilibrio all’interno del biofilm.

Fibrosi cistica e Pseudomonas 

La fibrosi cistica è una malattia genica provocata dall’alterazione del gene CFTR, allocato sul cromosoma 7.

Si tratta di una patologia multiorgano, ovvero colpisce e compromette il funzionamento di più organi come l’apparato digerente e quello respiratorio

La FC è una malattia recessiva e il paziente eredita da entrambi i genitori il gene alterato. La madre ed il padre, che presentano una sola copia alterata del suddetto gene, sono invece portatori sani.

Il gene CFTR codifica per la sintesi della proteina CFTR, trasportatrice di membrana, che regola il movimento del cloro. Il movimento del cloro insieme a quello del sodio, produce un gradiente osmotico che, nelle cellule delle ghiandole mucose, permette il passaggio dell’acqua dall’esterno verso l’interno. Una volta che la proteina trasportatrice CFTR è alterata, il cloro resta all’interno delle cellule, richiamando più acqua all’interno ed il muco prodotto sarà disidratato (Fig.3).

Rappresentazione dell’effetto dell’alterazione del gene CFTR
Figura 3 – Rappresentazione dell’effetto dell’alterazione del gene CFTR

L’alterazione del gene CFTR determina quindi la produzione di muco eccessivamente denso

Il muco prodotto ostruisce i bronchi e causa ripetute infezioni respiratorie poiché produce un ambiente perfetto per la proliferazione batterica.

Questo muco denso, inoltre, impedisce il passaggio degli enzimi pancreatici verso l’intestino e di conseguenza il paziente non digerisce, né assimila correttamente gli alimenti.

Lo strato di muco che blocca i bronchi a livello del tessuto polmonare è un ambiente assai soggetto ad infezioni da P. aeuriginosa che, come si è detto, predilige ambienti caldi e umidi.

Una possibile terapia

Un paziente con FC nell’arco della sua vita è soggetto a diverse infezioni del tratto respiratorio che, con una cura antibiotica, cerca di eradicare. Sfortunatamente però Pseudomonas aeruginosa è resistente a molti antibiotici e il loro utilizzo su questo batterio ne causa l’isolamento nell’ambiente e quindi la proliferazione. Tutto ciò, gli permette di stabilirsi permanentemente nell’ospite, rendendo praticamente impossibile la sua eradicazione.

L’unica arma disponibile è quindi l’utilizzo di una terapia antibiotica combinata, specifica per il trattamento di batteri multi-resistenti. L’utilizzo di più molecole può produrre effetti diversi sulla sopravvivenza del batterio e la combinazione di più principi attivi può riuscire dove uno solo non può.

P. aeruginosa si trova normalmente all’interno del microbiota umano, ma un sistema immunitario competente ed una buona flora batterica commensale aiuta a tenere a bada la sua proliferazione. Si tratta di un vero e proprio opportunista poiché quando trova la possibilità di infettare pazienti immunodepressi ed ospedalizzati riesce a proliferare producendo un’infezione grave, in alcuni casi letale. 

Bibliografia

  • Dehò G., Galli E., Biologia dei Microrganismi, Casa Editrice Ambrosiana, Terza ed. 2018
  • Minh Tam Tran Thi , D. Wibowo, Bernd H.A. Reh, Pseudomonas aeruginosa biofilms, International Journal of Molecular Sciences, 2020

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