Panoramica
I batteri stafilococco, identificati come causa di varie infezioni piogeniche nell’uomo nel 1880 (da Sir Alexander Ogston), sono Gram-positivi caratterizzati da ammassi irregolari. Sono ampiamente distribuiti in natura e si possono trovare sulla pelle e sulle membrane mucose (rinofaringe e tratto gastrointestinale) di vari animali e uccelli.
Il genere si divide in stafilococchi coagulasi-positivi che sono patogeni e gli stafilococchi coagulasi-negativi (per esempio Staphylococcus epidermidis) che sono comuni commensali sulla pelle. Possono comportarsi come patogeni opportunisti in certe condizioni e causare infezioni. Come batteri extracellulari, gli stafilococchi sono molto resistenti e quindi in grado di sopravvivere per un lungo periodo di tempo su varie superfici.
Esempi comuni di batteri Staphylococcus includono:
- Staphylococcus aureus
- Staphylococcus epidermidis
- Staphylococcus saprophyticus
- Staphylococcus haemolyticus
- Staphylococcus intermedius
- Staphylococcus warneri
* Il nome Staphylococcus deriva dalle parole greche “staphyle” che significa uva e “coccus” che significa grano o bacca.
Classificazione dello Stafilococco
Dominio: Batteri – Procarioti unicellulari ampiamente distribuiti in ogni ambiente del mondo. Esistono come parassiti o come organismi a vita libera e alcune specie sono benefiche per l’uomo.
Phylum: Firmicutes – Il phylum Firmicutes consiste di molti batteri Gram-positivi con alcune specie che mostrano proprietà Gram-negative. Producono anche spore inattive (alcune specie) che sopravvivono a vari stress ambientali
Classe: Bacilli – La classe Bacilli consiste di batteri Gram-positivi con basso G+C – meno del 50% di guanina e citosina nel loro DNA. Mentre la maggior parte delle specie ha un aspetto a forma di bastoncino, la loro forma può variare da sottili bastoncini filamentosi ramificati a coccobacilli a seconda della specie.
Ordine: Bacillales – L’ordine Bacillales consiste di batteri Gram-positivi la maggior parte dei quali ha una forma di piccoli bastoncini. Nella maggior parte dei generi rappresentativi, la maggior parte delle specie ha anche dimostrato di formare endospore.
Famiglia: Staphylococcaceae
– I membri di questa famiglia sono batteri Gram-positivi. Si trovano comunemente sulla pelle, l’intestino, il sistema respiratorio e la cavità orale e sono in grado di causare lesioni suppurative e setticemia in determinate condizioni.
Genere: Staphylococcus (Le caratteristiche del genere Staphylococcus sono discusse di seguito)
Distribuzione ed ecologia
I membri del genere Staphylococcus sono distribuiti in tutto il mondo e possono essere trovati ovunque esistano esseri umani e altri animali a sangue caldo.animali a sangue caldo. All’inizio, i ricercatori hanno notato che i batteri Staphylococcus si trovano spesso in associazione con altri organismi (in particolare organismi a sangue caldo).
Questo ha portato alla conclusione che la pelle dei mammiferi è l’habitat principale di questi organismi. Tuttavia, alcuni di questi organismi sono stati identificati anche in altre regioni del corpo, tra cui la bocca, il tratto intestinale e la gola.
In queste regioni del corpo, gli stafilococchi sono meno frequenti rispetto alla pelle, dove sono presenti in gran numero. Oltre che nei mammiferi, delle specie di stafilococco sono state isolate anche negli uccelli.
Mentre le specie di stafilococco esistono più frequentemente sulla pelle esposta, possono essere facilmente lavate via come transitori. Per questo motivo, esistono in pochi numeri nella pelle pulita. Qui, tuttavia, vale la pena notare che i membri del genere sono classificati in due grandi gruppi (transitori e residenti) in base alla loro presenza in varie regioni del corpo dei mammiferi.
Le specie transitorie sono quelle che provengono da fonti estranee e atterrano sulla pelle dei mammiferi. Queste forme sono residenti temporanei dato che possono essere facilmente rimosse lavando la pelle. I residenti, invece, sono indigeni e tendono a persistere per lunghi periodi di tempo.
Rispetto allo Staphylococcus residente, le specie transitorie hanno anche dimostrato di essere presenti in basso numero e non si riproducono rapidamente. Durante uno scrub chirurgico di routine sulle mani, le forme transitorie sono completamente distrutte mentre i residenti sono ridotti di numero.
Morfologia generale e struttura cellulare
Come suggerisce il nome, i batteri Staphylococcus hanno una forma sferica (cocchi). A differenza di altri batteri cocci che possono esistere come cellule singole o in coppia ecc, lo Staphylococcus si presenta in grappoli e quindi assomiglia a grappoli d’uva.
In questi grappoli, le singole cellule possono variare in dimensione. Tuttavia, questa variazione è stata rilevata anche tra specie diverse con dimensioni che vanno da 0,5 a 1 mm di diametro.
Osservate al microscopio, alcune specie hanno mostrato di produrre colonie nane che hanno un aspetto relativamente liscio e lucido. In generale, i batteri stafilococco sono non-motili e quindi mancano di strutture (ad esempio ciglia o flagelli) necessarie per il movimento.
* Il grappolo di Staphylococcus simile all’uva è il risultato di un singolo coccus che si divide in più di un piano.
* Alcune specie (es. staphylococcus aureus) producono pigmenti che li fanno apparire di colore giallastro/oro se visti sotto la .
Parete cellulare
Per la maggioranza dei batteri, la cellula è circondata da una parete cellulare. Questa parete cellulare è composta da peptidoglicano e acido teico nello Staphylococcus (che sono anche usati per distinguere le diverse specie di Staphylococcus).
Mentre il peptidoglicano di tipo L-Lys-GlY5-6 si trova in diversi stafilococchi (Staphylococcus aureus, Staphylococcus hycus, e Staphylococcus cohnii ecc), la composizione dell’acido teico tra queste specie varia e permette di distinguerle (es.Staphylococcus aureus contiene acido teico N-acetilglucosaminil ribitolo mentre Staphylococcus simulans contiene acido teico glicerolo).
Corrente. tre componenti principali sono stati identificati nella parete cellulare dei batteri stafilococchi.
Questi includono:
- Muro-proteine di superficie associate alla parete
- Mureina
- Acidi teichoici
La mureina, che consiste in filamenti di glicano reticolati da peptidi fornitori, è continua e copre l’intera cellula. Essendo un sacculo macromolecolare, la mureina è una delle principali caratteristiche distintive dei batteri stafilococchi con un alto grado di reticolazione.
L’acido teico, d’altra parte, è prodotto prima come precursori biosintetici corrispondenti che somigliano ai precursori coinvolti nella biosintesi della mureina. Insieme alle proteine associate alla superficie, gli studi hanno dimostrato che i precursori dell’acido teico si attaccano alla mureina durante il suo assemblaggio.
* Al microscopio elettronico, la parete cellulare di Staphylococcus aureus ha dimostrato di essere relativamente spessa, da 20 a 40 nm. Questa è una caratteristica dei batteri Gram-positivi che contengono un peptidoglicano più spesso rispetto a quello dei batteri Gram-negativi.
* La mureina compone il peptidoglicano della parete cellulare e le conferisce quindi forza strutturale.
* L’acido teico, anch’esso componente importante della parete cellulare, contribuisce alla fisiologia batterica e quindi all’interazione con l’ospite, alla resistenza alle sostanze antimicrobiche e al miglioramento della virulenza.
* Le proteine di superficie sono covalentemente attaccate al peptidoglicano e servono una serie di funzioni tra cui la promozione della patogenesi.
Riproduzione e ciclo vitale (Staphylococcus aureus)
Come molti altri batteri, gli stafilococchi si dividono attraverso la fissione binaria. Mentre questo processo produce due cellule figlie, queste rimangono attaccate l’una all’altra, il che alla fine porta al raggruppamento. Sulla base di vari studi, questo processo in Staphylococcus aureus ha dimostrato di essere sotto il controllo di GpsB (una proteina essenziale).
Qui si suggerisce che GpsB interagisca con FtsZ (un importante componente del macchinario di divisione cellulare nei batteri) aumentando la sua attività GTPasi. Questo contribuisce alla costrizione dell’involucro cellulare, causando infine la divisione della cellula in due.
Durante la divisione cellulare (attraverso la fissione binaria), il peptidoglicano aumenta anche di dimensioni, poiché la cellula si allunga (la parete cellulare cresce verso l’esterno dell’anello FtsZ). Nel processo, la spina dorsale del peptidoglicano viene recisa, il che rende necessaria la sintesi di nuovo materiale della parete cellulare.
Ciò è reso possibile dalle autolisine (enzimi) che idrolizzano i legami glicosidici che sono poi legati alla N-acetilglucosamina e all’acido N-acetilmuramico, mentre i vuoti vengono riempiti da vari materiali della parete cellulare. In definitiva, questo permette a ciascuna delle cellule appena formate di avere la propria parete cellulare costituita da peptidoglicano.
Adattamenti nutrizionali
È stato dimostrato che le specie di stafilococchi circolano tra vari ambienti che limitano i nutrienti, tra cui habitat terrestri e specie ospiti. In caso di nutrienti limitati, persistono in determinati ambienti per molto tempo, il che permette loro di sopravvivere fino al miglioramento delle condizioni.
Per esempio, quando lo Staphylococcus aureus viene coltivato in un mezzo che limita il glucosio, un piccolo resto dei batteri (che diventano di dimensioni più piccole) sono in grado di vivere per un lungo periodo di tempo con la capacità di sopravvivere a condizioni stressanti. Questo è uno dei motivi per cui le specie di stafilococchi sono molto problematiche in ambito clinico dove infettano dispositivi medici e varie superfici ecc.
* Sulla pelle, i commensali come gli stafilococchi coagulasi-negativi sono benefici in quanto promuovono/aumentano la competenza dell’immunità cutanea potenziando la rete di cellule immunitarie innate e adattative sulla pelle. Questo, a sua volta, controlla l’altra flora normale sulla pelle.
Patogenesi
Anche se un buon numero di batteri stafilococchi esiste come commensale in varie regioni del corpo, essi possono causare varie infezioni, alcune delle quali possono essere fatali se non trattate. A seconda delle condizioni, queste infezioni possono essere il risultato di una violazione meccanica delle barriere cutanee/mucose o di tossine prodotte dai batteri.
Dato che sono spesso presenti sulla pelle e in vari altri siti del corpo, le specie di Staphylococcus, ad esempio S. aureus, possono approfittare di ferite o cateteri intravascolari, ecc. per causare malattie. Ogni volta che hanno l’opportunità di invadere i tessuti del corpo, colonizzano e invadono prima di diffondersi in altre parti del corpo attraverso la circolazione.
Nei casi in cui penetrano la pelle e raggiungono i tessuti interni del corpo, lo stafilococco usa le sue proteine di superficie (ad esempio la proteina legante il collagene per attaccarsi alle superfici di questi tessuti). Questo favorisce l’adesione mentre producono enzimi che permettono loro di ottenere sostanze nutritive. Man mano che crescono e aumentano di numero, iniziano a diffondersi nei tessuti adiacenti.
A volte, entrano nel flusso sanguigno causando batteriemia. Oltre alle infezioni del flusso sanguigno, lo S. aureus è anche responsabile di infezioni ossee e articolari, nonché della polmonite in alcuni pazienti.
Oltre alle infezioni invasive, lo stafilococco può anche causare malattie rilasciando tossine. Alcune delle tossine comunemente rilasciate dallo S. aureus sono l’emolisina e la leucotossina. Queste tossine possono causare la sindrome da shock tossico e la sindrome della pelle scottata, così come l’intossicazione alimentare.
Qui, è stato dimostrato che queste malattie si verificano quando le tossine si legano alle molecole cellulari che presentano l’antigene. Queste tossine sono in grado di causare danni biologici alle membrane della cellula causando così la morte cellulare. In alcuni casi, hanno anche dimostrato di lisciare i neutrofili una volta ingeriti, un’azione che protegge i batteri dall’immunità innata dell’ospite.
Alcune delle altre forme di infezioni causate dai batteri Stafilococchi includono:
- Le lesioni cutanee superficiali così come gli ascessi localizzati
- Endocardite
- Infezioni del tratto urinario
Cultura e microscopia
Utilizzando i terreni di coltura, è possibile isolare e mantenere colture pure di un dato organismo. Questo permette anche di determinare se un dato microrganismo di interesse è presente in un campione.
L’agar sangue è comunemente usato come mezzo differenziale e arricchito per coltivare i batteri Stafilococchi. Qui, il sangue è usato come ingrediente di arricchimento per coltivare organismi fastidiosi.
Se presente nel campione, vari Staphylococcus appariranno in modo diverso. Per esempio, S. aureus mostra un colore giallo chiaro o dorato che è indicativo della pigmentazione. S. epidermidis appare di colore bianco mentre S. saprophyticus mostra un colore giallo brillante o bianco.
Macchia di Gram
La tecnica di colorazione di Gram è utilizzata per identificare i diversi tipi di batteri utilizzando la colorazione di Gram.
Requisiti
- Sample
- Vetro vetrino
- Violetto di cristallo
- Safranina
- Soluzione di iodio
- Microscopio – Microscopio composto
- Bruciatore
- Acqua
Procedura
Su un vetrino pulito, creare uno striscio sottile del campione – Questo può essere ottenuto semplicemente mettendo una goccia di coltura sospesa su un vetrino usando un anello di inoculazione e spalmando per creare uno strato sottile.
Lasciare asciugare il campione all’aria e poi fissarlo passando su una fiamma dolce – Spostare il vetrino più volte sulla fiamma per evitare un surriscaldamento localizzato.
Versare la macchia di violetto di cristallo sulla coltura e lasciare riposare per circa 30 secondi a 1 minuto.
Vuotare la macchia e risciacquare con acqua
Aggiungere la soluzione di iodio assicurandosi di coprire il campione fissato e lasciare riposare da 30 secondi a 1 minuto.
Svuotare la soluzione di iodio e sciacquare con acqua.
Aggiungere qualche goccia di decolorante all’alcool e sciacquare con acqua per circa 5 minuti.
Contrastare il campione con safranina o fucsina basica per circa 1 minuto e poi lavare con acqua.
Rimuovere l’acqua in eccesso con carta bibula.
Aggiungere una goccia o due di olio per immersione sullo striscio e osservare al microscopio.
Osservazione
Visto al microscopio, lo stafilococco (es.S. aureus) apparirà come piccoli corpi sferici che formano grappoli d’uva di colore viola o bluastro. Questo perché il loro spesso peptidoglicano permette loro di trattenere la macchia primaria.
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Ritorno da Staphylococcus Bacteria a MicroscopeMaster home
Corey P. Parlet, Morgan M. Brown, Alexander R. Horswill. (2019). Gli stafilococchi commensali influenzano la colonizzazione della pelle di Staphylococcus aureus e la malattia.
Frank Lowy. Stafilococchi.
Peter Giesbrecht, Thomas Kersten, Heinrich Maidhof, and Jörg Wecke. (1998). Parete cellulare stafilococcica: Morfogenesi e variazioni fatali in presenza di penicillina.
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