Microbiologia: domande di esercitazione con spiegazioni

1Il mondo dei microrganismi

La microbiologia studia gli organismi troppo piccoli per essere visti senza un microscopio. La maggior parte è innocua o utile: i batteri del tuo intestino aiutano a digerire il cibo e tengono lontani i microbi dannosi.

Un microbo che causa malattie è un patogeno. I gruppi principali differiscono per struttura, e la struttura decide come si trattano:

• I batteri sono cellule singole senza nucleo (procarioti), lunghe circa 1–5 micrometri. Hanno ribosomi propri e di solito una parete cellulare, quindi gli antibiotici possono colpirli.
• I virus non sono cellule. Sono DNA o RNA dentro un rivestimento proteico (capside), di circa 20–300 nanometri, e possono moltiplicarsi solo dentro una cellula ospite. Gli antibiotici non funzionano su di essi.
• I funghi hanno un nucleo (eucarioti). Comprendono i lieviti come Candida, che causa il mughetto, e le muffe.
• I parassiti comprendono i protozoi, come Plasmodium, che causa la malaria, e gli elminti (vermi), come le tenie e gli ascaridi.
• I prioni sono proteine mal ripiegate senza alcun DNA o RNA. Causano rare malattie del cervello come la malattia di Creutzfeldt–Jakob.

2Batteri: forma, colorazione e sopravvivenza

I batteri si descrivono prima di tutto per la forma: i cocchi sono rotondi, i bacilli sono bastoncelli e gli spirilli sono spirali. I cocchi a grappolo sono tipici degli stafilococchi; i cocchi a catena sono tipici degli streptococchi.

La colorazione di Gram classifica i batteri in base alla loro parete cellulare:

• I batteri Gram-positivi hanno una spessa parete di peptidoglicano che trattiene il colorante cristalvioletto. Si colorano di viola.
• I batteri Gram-negativi hanno una parete sottile e una membrana esterna. Perdono il colorante e assumono il colorante di contrasto rosa. La membrana esterna contiene l’endotossina (lipopolisaccaride) e tiene fuori molti antibiotici.
• Mycobacterium tuberculosis ha una parete cerosa e si colora poco con il Gram. Si evidenzia con una colorazione acido-resistente (Ziehl–Neelsen).

I batteri differiscono anche per il bisogno di ossigeno. Gli aerobi obbligati ne hanno bisogno, gli anaerobi obbligati ne vengono uccisi (per esempio Clostridium) e gli anaerobi facoltativi crescono con o senza ossigeno.

I batteri si riproducono per scissione binaria: una cellula si divide in due. Alcuni, come Clostridium e Bacillus, formano endospore: forme di resistenza robuste che sopravvivono al calore, all’essiccamento e all’alcol.

Molti batteri rilasciano esotossine, proteine con un effetto specifico. La tossina del tetano causa spasmi muscolari; la tossina del colera causa diarrea acquosa.

I batteri possono resistere agli antibiotici, per esempio producendo un enzima che distrugge il farmaco (beta-lattamasi), espellendolo (pompe di efflusso) o modificandone il bersaglio. I geni di resistenza possono passare da un batterio all’altro.

3Come si diffondono le infezioni e come le fermiamo

Un’infezione ha bisogno di una catena dell’infezione. Spezzare un anello qualsiasi la ferma:

1. L’agente: il patogeno stesso.
2. Il serbatoio: dove vive, come una persona, un animale, l’acqua o il suolo.
3. La porta di uscita, come la tosse, il sangue o le feci.
4. La modalità di trasmissione: contatto (mani), goccioline, particelle aerodisperse, cibo e acqua (oro-fecale) o un vettore come una zanzara.
5. La porta di ingresso, come la bocca, una ferita o un catetere urinario.
6. Un ospite suscettibile, per esempio una persona senza immunità.

Il periodo di incubazione è il tempo che passa dall’infezione ai primi sintomi. Una malattia che passa dagli animali all’uomo è una zoonosi. Il numero di riproduzione di base R0 è il numero medio di persone che un caso infetta in una popolazione completamente suscettibile.

L’igiene delle mani è la singola misura più efficace contro la diffusione negli ospedali. Il gel alcolico non uccide le spore, quindi dopo il contatto con Clostridioides difficile ci si lava con acqua e sapone.

La sterilizzazione uccide tutti i microrganismi comprese le spore, per esempio in un’autoclave con vapore sotto pressione a circa 121 °C. La disinfezione riduce i microrganismi sugli oggetti ma può lasciare le spore. L’antisepsi fa lo stesso sulla pelle o sui tessuti.

I vaccini addestrano il sistema immunitario adattativo. Possono contenere microbi vivi attenuati (MMR), microbi uccisi o loro parti, oppure mRNA che fa produrre alle cellule una proteina virale.

4Come ragionare su una domanda di microbiologia

La maggior parte delle domande descrive un organismo o un paziente. Procedi dalla struttura alla conseguenza:

1. Decidi il gruppo: batterio, virus, fungo, parassita o prione.
2. Per i batteri, richiama le caratteristiche chiave: forma, risultato del Gram, bisogno di ossigeno, spore, tossine.
3. Chiediti dove vive l’organismo e come si diffonde. Questo ti dice come prevenirlo.
4. Chiediti come causa danno: invadendo i tessuti, con una tossina o con una reazione immunitaria.
5. Lascia che la struttura guidi trattamento e controllo. Nessuna parete cellulare significa che la penicillina non può funzionare; le spore significano che l’alcol non basta.

5Un esempio svolto

Segui il ragionamento. Prova a prevedere il passo successivo prima di aprirlo.

6Errori comuni

• Trattare le infezioni virali con gli antibiotici. Gli antibiotici agiscono solo sui batteri.
• Invertire i colori del Gram. Gram-positivo è viola; Gram-negativo è rosa.
• Confondere l’endotossina (parte della membrana esterna dei Gram-negativi) con le esotossine (proteine rilasciate dai batteri).
• Chiamare sterilizzazione la disinfezione. Solo la sterilizzazione uccide le spore in modo affidabile.
• Affidarsi al gel alcolico per le mani contro gli organismi sporigeni come C. difficile.
• Pensare che una persona non possa diffondere un’infezione durante il periodo di incubazione. Per alcune infezioni può farlo.

7Come sono fatte le domande d’esame

• Facile (termini chiave e fatti): definizioni e organismi classici. Che cos’è un patogeno o un periodo di incubazione, quale organismo causa la malaria, di che colore si colorano i batteri Gram-positivi.
• Medio (applicare i concetti): meccanismi. Come funziona la resistenza, perché funziona un vaccino o un metodo di sterilizzazione, come una tossina causa i sintomi.
• Difficile (casi e analisi): un paziente o uno studio classico. Identifichi l’organismo dall’anamnesi, spieghi perché un test o un trattamento fallisce, o interpreti esperimenti come quelli di Griffith o di John Snow.

Per le domande difficili, parti dalla struttura dell’organismo. Parete, envelope, spore e tossine spiegano la maggior parte dei sintomi, dei risultati dei test e delle scelte di trattamento.