Plague inc.: il perché delle infezioni (I parte)

La teoria che si nasconde dietro un gioco

plague-game

Non conosci Plague inc.? Si tratta di un gioco di simulazione (Figura 1) il cui scopo è quello di riuscire a colpire l’intera razza umana con un’epidemia in grado di annientare ogni forma di vita sulla Terra. L’unico mezzo di distruzione a disposizione è un microrganismo patogeno. A seconda del livello di difficoltà ci troveremo a gestire virus, batteri o funghi e non sempre si riesce nell’intento. Come nella realtà, infatti, ogni agente patogeno è diverso dall’altro, così come il tipo di infezione che determina.

Vi sono numerose variabili da tenere in considerazione per raggiungere l’obiettivo nel più breve tempo possibile: origine dell’infezione, eziologia, modalità di diffusione ed infezione, contagiosità, immunità soggettiva e di gregge, condizioni climatiche, propensione alle mutazioni, sintomatologia, disponibilità di una cura.

Tutte quelle che potremmo definire strategie di gioco, in realtà non sono altro che una vera e propria messa in pratica di tutte le conoscenze che abbiamo nel campo della microbiologia. E dunque, impariamo giocando: scopriamo insieme perché alcuni patogeni vengono debellati ed altri invece no.

infezione-iniziale

Figura 1 – Exterminate. All’inizio della partita è possibile scegliere sia il tipo di agente patogeno, sia il nome dello stesso (nel nostro caso Dalek è un batterio). A questo punto bisogna selezionare molto accuratamente la popolazione da infettare tenendo conto del fatto che realtà troppo isolate non permetterebbero l’espansione a livello mondiale. Attraverso i punti DNA sarà possibile migliorare il microrganismo in termini di virulenza.

Biohazard

Il rischio è definito come la probabilità di accadimento di un evento negativo. Gli eventi derivanti dall’esposizione agli agenti patogeni definiscono il rischio biologico (Figura 2) e, dal momento che provocano potenziali effetti negativi sulla salute dell’uomo, sono quelli maggiormente valutati al fine di minimizzarne gli effetti dannosi.

rischio-biologico

Figura 2 – Attenzione! Pericolo biologico. Il simbolo del biorischio è normalmente utilizzato come avvertimento e per questo esposto principalmente in quegli ambienti nei quali gli agenti biologici rappresentano l’oggetto dell’attività. Un esempio sono gli ambienti sanitari.

Esiste tuttavia una notevole difficoltà nel gestire il rischio biologico, poiché questo implica un certo grado di conoscenza dello stesso patogeno che lo determina. Per un’ottima valutazione del rischio, allo studio della noxa patogena dovrà essere affiancata un’analisi pronostica della neutralizzabilità, delle dinamiche di trasmissione e dello stato psico-fisico dell’ospite umano: età, sesso, stato di salute, efficienza del sistema immunitario (S.I.), etc.

Una volta ottenuta una stima quantitativa e qualitativa del rischio, si possono decidere e attuare le misure di prevenzione e protezione. Diversi livelli di rischio implicano l’adozione di misure preventive differenti.

L’agente patogeno

Secondo il D. Lgs. 81/08 si definisce agente biologico patogeno qualsiasi microorganismo, anche se geneticamente modificato, coltura cellulare o endoparassita umano che potrebbe provocare infezioni, allergie o intossicazioni.

L’agente patogeno è dunque responsabile dell’insorgenza di uno stato morboso nel soggetto infetto (ospite) e possiede alcune caratteristiche proprie quali la carica, la patogenicità, l’infettività (inversamente proporzionale alla carica) e la virulenza (Figura 3). Bisogna tener conto del fatto che si tratta di caratteristiche che variano a seconda del patogeno considerato e del ceppo di appartenenza.

I patogeni più pericolosi sono quelli dotati di alta infettività, alta virulenza ed alta patogenicità. Un esempio è il virus della rabbia: i soggetti esposti al virus, ad esempio dopo il morso di un animale rabico, si infettano con una percentuale molto alta. Con una percentuale altrettanto alta vanno incontro alla morte. Infatti, al virus della rabbia basta una carica bassissima per determinare l’infezione (alta infettività), la quale raggiunge velocemente i nervi periferici. Essendo poi molto aggressivo (alta virulenza) provoca una malattia acuta a carico principalmente del Sistema Nervoso Centrale, con una sintomatologia molto grave che include danni neurologici, psicologici e motori.

attributi-agente-patogeno

Figura 3 – Evoluzione dell’infezione. Ognuno di questi attributi consente all’agente eziologico di determinare la condizione di malattia in un soggetto recettivo.

Modalità di diffusione dell’agente patogeno

L’esposizione all’agente patogeno può avvenire in diverse modalità: l’uomo viene accidentalmente a contatto con la sorgente o con il serbatoio d’infezione in cui il patogeno ha trovato il proprio habitat naturale, riuscendo ivi a riprodursi e da qui a diffondersi. In questo caso si parla di trasmissione in modalità diretta dell’infezione ed implica la presenza di almeno un soggetto recettivo e del contatto. Un’ ulteriore occasione di contagio si può avere tramite il contatto con fluidi corporei o animali infetti.

Vi è poi la trasmissione indiretta dell’agente patogeno all’ospite tramite veicoli o vettori (Figura 4). Questi ultimi sono per lo più gli artropodi ematofagi (insetti come zanzare, pidocchi e zecche), che non solo trasportano fisicamente il patogeno all’ospite ma ne consentono anche la replicazione.

L’aria è un veicolo di agenti infettanti e permette una trasmissione indiretta delle infezioni, principalmente a carico dell’apparato respiratorio. Anche l’acqua è un importante veicolo poiché consente la sopravvivenza del patogeno per tempi molto lunghi. L’acqua è implicata soprattutto nella trasmissione delle patologie a circuitazione oro-fecale; in particolar modo le acque superficiali dei fiumi e dei laghi, e le zone costiere e portuali, che possono essere facilmente contaminate da scarichi abusivi o reflui non adeguatamente trattati, sono responsabili dell’espansione delle patologie idrodiffuse.

trasmissione-diretta-indiretta

Figura 4 – Trasmissione malattie infettive contagiose. Trasmissione diretta tramite fluidi corporei infetti come le goccioline di Flugge, comportamenti sessuali a rischio, periodo perinatale e contatti con animali (rischio zoonosi). Trasmissione indiretta tramite contatti efficaci con superfici a rischio, ingestione e inalazione, vettori biologici.

Infettività

Le parole d’ordine per i patogeni sono invasività ed adesività: hanno una grande capacità di oltrepassare le barriere difensive del corpo umano, infiltrandosi e raggiungendo l’organo bersaglio. Qui il patogeno è in grado di eludere il S.I. attraverso il rilascio di isoenzimi o mimetismo antigenico e di colonizzare l’area interessata grazie alla presenza di adesine, ovvero strutture proteiche superficiali: un esempio sono le fimbrie, il glicocalice, gli acidi tecoici dei batteri Gram positivi, la capsula.

Ogni infezione determina una sintomatologia differente. Più è lungo il periodo che intercorre tra l’esposizione ad un patogeno ed il manifestarsi della malattia (incubazione), più sarà difficile trovarne la causa, debellarla o evitarne un’eventuale progressione. Il tutto si complica quando il quadro clinico è aspecifico: impossibilità di collegare i diversi sintomi generici tra loro o giungere ad una diagnosi corretta.

Evoluzione

I microrganismi sono esseri in grado di adattarsi a condizioni di vita anche molto ostili. Molto spesso capita che un numero di individui di una data popolazione (batterica o virale) vada incontro a mutazioni spontanee favorevoli, che ne promuovono l’evoluzione e li agevolano nella sopravvivenza. Nel mondo moderno questo implica la nascita di nuovi ceppi resistenti, con un’interazione biologica coi farmaci completamente diversa. La mutazione è del tutto causale ma essenziale per la conservazione della specie.

Il successo dell’evento mutazionale a livello genico è condizionato dalla stessa esposizione ai farmaci (Figura 5). Infatti inizialmente, rispetto alla popolazione totale, gli individui resistenti risultano numericamente inferiori, tuttavia, rimangono gli unici in vita se tutte le cellule non resistenti vengono eliminate dal farmaco. Ovviamente questa caratteristica è trasmissibile alle generazioni successive, riducendo ulteriormente l’efficacia del trattamento.

farmaco-resistenza

Figura 5 – Antibiotico-resistenza. Un inadeguato uso di antibiotici, come la sospensione prematura del trattamento farmacologico o un suo abuso, contribuisce alla nascita di super-batteri resistenti in grado di oltrepassare con facilità tutte le difese immunitarie dell’ospite.

Geografia

Il clima incide moltissimo sulla diffusione delle malattie infettive, tanto da far sembrare che alcune malattie abbiano un andamento stagionale. Temperature alte e ambienti umidi sono privilegiati dai patogeni per la proliferazione, mentre sono poche le specie che si sono adattate a vivere e a riprodursi, seppur molto lentamente, in ambienti gelidi (microrganismi psicrofili). In termini di distribuzione spaziale questo spiega, in parte, perché le popolazioni che abitano in regioni calde sono quelle maggiormente soggette alle infezioni, in particolar modo quelle trasmesse attraverso l’acqua o gli artropodi (Figura 6).

Le infezioni, comunque, non si verificano ovunque con la stessa intensità: alcuni luoghi e popolazioni sono meno sensibili e presentano un tasso di infezione molto più basso. Un esempio sono i Paesi e le tribù parzialmente isolate, che difficilmente hanno la possibilità di venire a contatto con gli agenti patogeni esterni o, che esercitano un eccessivo controllo per limitare la diffusione degli stessi in nuove aree.

mappa-infezioni

Figura 6 – Distribuzione geografica di alcune malattie infettive. Si nota che le regioni caratterizzate da un clima caldo sono quelle maggiormente interessate, difatti il vettore principe di molte infezioni, la zanzara, predilige habitat umidi.

L’enorme vantaggio di queste regioni incontaminate, difficili da contagiare e da preservare limitando il contatto con l’esterno, si trasforma in un altrettanto gigantesco svantaggio per la popolazione: vulnerabile alle infezioni introdotte dall’esterno e con un S.I. molto debole e poco sviluppato. Questo permette al patogeno di diffondersi con grande velocità e con alta virulenza: la morte sopraggiunge quasi sempre anche per infezioni banali.

QoL (Quality of Life)

In realtà dismesse i principali fattori di rischio per la diffusione delle malattie infettive sono sicuramente le inadeguate condizioni igienico-sanitarie. In caso di scarsa igiene, ad esempio, anche i microrganismi solitamente innocui possono determinare effetti deleteri per la salute e uno stato di infezione cronica che indebolisce il S.I., rendendo il soggetto praticamente impossibilitato a combattere le infezioni. La mancata osservazione di rituali igienici di base, come il semplice detergere le mani prima di portarsi il cibo alla bocca favorisce, in maniera indiretta, la veicolazione dei patogeni sulle nostre tavole e, a seconda dell’agente patogeno, se l’ambiente risulta propizio, il livello di rischio ne è influenzato ed aumenta.

Accanto a queste, però, vanno fatte altre considerazioni: l’aumento delle malattie infettive nei Paesi in via di sviluppo è dovuto essenzialmente all’incremento della richiesta idrica, cui però si affianca l’invecchiamento della rete idrica ed il mancato funzionamento dei sistemi fognari e di trattamento per l’acqua potabile. Lavarsi o lavare il cibo con acqua non pulita è molto pericoloso per la salute umana. Ad aggravare ancor di più il quadro vi è la mancanza di infrastrutture sanitarie e di sistemi di profilassi, come i vaccini.

Infine si deve tener conto del fatto che si tratta di popolazioni in continua crescita, che spesso e volentieri vivono in ambienti molto affollati, condivisi con animali domestici e non (rischio zoonosi molto alto) e che combatte costantemente con uno stato di malnutrizione che indebolisce ulteriormente il S.I.

Lo status socio-economico

A differenza di quanto si potrebbe pensare, anche le condizioni socio-economiche fungono da determinante dello stato di salute di una popolazione. Basti semplicemente pensare ad una maggior possibilità di accesso ad idonee strutture ospedaliere, farmaci essenziali, risorse e vaccinazioni.

A parte le politiche sanitarie, la divergenza tra aree urbane ed aree rurali è massima se si pone l’accento sull’aspetto culturale: nei Paesi industrializzati la percentuale di soggetti che completa il percorso scolastico è più alta e vi sarà dunque una più alta percentuale di soggetti formati in grado di dedicarsi allo studio delle malattie infettive e alla ricerca di una cura.

Strategia vincente

Curiosi di scoprire come, nella pratica, si “traduce” in vittoria assicurata tutto quello detto poc’anzi?

Bene! Non vi resta che aspettare la seconda parte dell’articolo.

Attenzione! Immagine spoiler

Dalek-distruggere

Carla Caianiello

Fonti:

Informazioni su Carla Caianiello 10 Articoli
Neurobiologa laureata all'Università degli Studi di Pavia, appassionata dello studio del cervello e delle nuove tecnologie

Commenta per primo

Rispondi