Corso microbiologia alimentare: Pseudomonas aeruginosa

CORSO MICROBIOLOGIA ALIMENTARE:

Pseudomonas aeruginosa 

1.0 GENERALITÀ

Pseudomonas aeruginosa è un batterio appartenente alle Pseudomonadaceae, famiglia inclusa nell’ordine Pseudomonadales, a sua volta incluso nella classe dei Gammaproteobacteria.

Il termine “Pseudomonas aeruginosa” significa in latino “falsa unità (pseudo = falso, monas = unità) piena di ruggine color rame o verde (aeruginosa)”, in chiaro riferimento ai pigmenti diffusibili prodotti dal batterio.

Fig. 1: P. aeruginosa al microscopio elettronico

Fig. 1: P. aeruginosa al microscopio elettronico

I microrganismi appartenenti alla specie P. aeruginosa sono bacilli asporigeni negativi alla colorazione di Gram, che possiedono morfologia a bastoncello dritto o leggermente ricurvo, di lunghezza variabile tra 1,5 e 5,0 μm e larghezza compresa tra 0,5 e 1,0 μm, tipicamente appaiati o singoli.

Risultano essere dotati di pili in numero variabile e, in generale, di motilità mediante uno o più flagelli unipolari, anche se sono stati isolati ceppi privi di flagelli.

Spesso i ceppi di questa specie sono caratterizzati da un optimum di temperatura ai fini della crescita intorno a 37 °C, alcuni ceppi riescono, però, a riprodursi ad una temperatura di 42 °C, ma la maggior parte di essi arresta la sua moltiplicazione a 4 °C.

Fino a pochi anni fa, P. aeruginosa veniva ritenuto un microrganismo aerobio stretto, caratterizzato da un metabolismo respiratorio inscindibile dalla presenza di molecole di ossigenobiologicamente disponibili; invece, il batterio si è dimostrato in grado sopravvivere e di riprodursi in ambienti anaerobi, se in questi sono presenti nitrati, nitriti o, in ultima istanza, L-arginina.

Infatti, tale microrganismo è capace di impiegare i nitrati come accettori di elettroni alternativi all’ossigeno, producendo nitriti e, successivamente, azoto come cataboliti di scarto. Nel caso ossigeno o nitrati non siano sufficientemente presenti, è altresì in grado di impiegare L-arginina come accettore alternativo di elettroni, mediante l’enzima arginina deidrolasi.

Fig. 2: P. aeruginosa vista al M.O. dopo colorazione di Gram

Fig. 2: P. aeruginosa vista al M.O. dopo colorazione di Gram

Oltre a quest’ultimo enzima, P. aeruginosa include nel proprio patrimonio enzimatico anche la citocromossidasi, la catalasi e molte proteasi idrolitiche. Circa il 20% dei ceppi possiede l’enzima ureasi, mentre in generale non possiede enzimi per la produzione di indolo ed enzimi idrolitici quali la β-glucosidasi e la β-galattosidasi (Para-NitroFenil-βD-Galattopiranosidasi).

Per quanto concerne il metabolismo, è possibile affermare che P. aeruginosa rientra tra i microrganismi non fermentativi dotati di ridotte necessità nutrizionali.

 Inoltre, risulta capace di assimilare fonti energetiche quali D-glucosio, D-mannitolo, N-acetil-glucosamina, potassio gluconato, acido caprico, acido adipico, acido malico e citrato trisodico; mentre non riesce ad assimilare e sfruttare molecole come L-arabinosio, D-mannosio, D-maltosio e acido fenilacetico; infine possiede la capacità di produrre ammonio a partire da acetamide.

2.0 PRESENZA DI P. aeruginosa NEGLI ALIMENTI

Questa specie microbica è pressoché ubiquitaria in nicchie ecologiche ad alto tasso di umidità che spaziano da ambienti marini ad acque reflue o stagnanti.

Un elevato grado di versatilità, unito ad esigue necessità nutrizionali, permettono a P. aeruginosa di colonizzare anche acque oligotrofiche o demineralizzate. Altresì le consentono di sopravvivere in ambienti altrimenti ostili quali cosmetici, disinfettanti a base di ammonio quaternario e acque clorate con concentrazione di cloro inferiore ad 1 mg/L; questa specie è infatti classificata nel gruppo dei “microrganismi ambientali”.

Inoltre, risulta molto elevata la probabilità di reperire colonie di P. aeruginosa anche in:

  • punti critici di condutture ed apparecchiature per l’impiego di acqua potabile quali autoclavi, depuratori o depositi;
  • supporti e superfici che con l’acqua vengono a contatto, come taglieri, piani d’appoggio o posate;
  • svariati siti di una comune cucina quali acquai, rubinetti, rompi-getto o filtri per la potabilizzazione dell’acqua.

Le tipiche tipologie di alimenti soggette ad una contaminazione primaria da P. aeruginosa sono:

  • verdure crude
  • latticini freschi
  • alimenti che necessitano numerosi lavaggi
  • pesce, cotto e crudo

La contaminazione secondaria di un prodotto alimentare da parte P. aeruginosa può avvenire:

  • per contatto con acqua contaminata (es. alimenti lavati con acqua contaminata);
  • per manipolazione da parte di operatori con scarsa igiene personale;
  • per utilizzo di utensili e attrezzature mal sanificati.
Fig. 3: Coltura di P. aeruginosa su TSA in piastra Petri

Fig. 3: Coltura di P. aeruginosa su TSA in piastra Petri

La presenza del batterio in acque potabili messe in vendita, in bottiglie o contenitori similari, è ritenuta indice di errata procedura di confezionamento. Come gruppo microbico dominante della matrice, infatti, è in grado di raggiungere un’elevata e potenzialmente pericolosa concentrazione in un periodo di tempo relativamente breve.

Occorre aggiungere che nell’uomo sano P. aeruginosa può essere riscontrata nelle vie respiratorie superiori nel 6% degli individui; mentre può colonizzare il tratto digestivo inferiore ed essere isolata nel 10% dei campioni fecali, specie se l’individuo è stato sottoposto a terapia antibiotica. Occasionalmente è stata rinvenuta nella saliva, nella cute e nell’epidermide della regione ascellare ed ano-genitale.

3.0 PATOLOGIA 

P. aeruginosa è responsabile di molte patologie come polmoniti, infezioni al tratto urinario, infezioni di ferite chirurgiche e infezioni dell’apparato circolatorio. Sono state riscontrate caratteristiche e frequenti associazioni del batterio con infezioni croniche e spesso letali, in pazienti affetti da fibrosi cistica.

L’affermarsi di un’infezione di P. aeruginosa evolve attraverso tre tappe fondamentali:

  1. adesione alle cellule dell’ospite;
  2. soppressione iniziale delle difese immunitarie locali, che, generalmente, vertono già in pessime condizioni;
  3. rafforzamento ed espansione dal sito iniziale d’infezione, fino a setticemia.

Questa specie microbica annovera un numero sorprendentemente elevato di fattori di virulenza; alcuni le permettono di aumentare le probabilità di colonizzare diversi distretti anatomici di ospiti animali come l’uomo, altri di provocare in seguito gravi e spesso letali patologie. Una frazione minoritaria di questi fattori sono prettamente strutturali, mentre la maggior parte di essi sono rappresentati da pigmenti, enzimi e tossine diffuse nell’ospite.

Fig. 4: Schema riassuntivo dei fattori di virulenza di P. aeruginosa

Fig. 4: Schema riassuntivo dei fattori di virulenza di P. aeruginosa

4.0 ANTIBIOTICO RESISTENZA

P. aeruginosa è un microrganismo dotato di intrinseche e molteplici capacità di resistere all’azione degli antibiotici.

Durante terapie che impiegano queste sostanze, si selezionano ceppi resistenti che possono colonizzare il sito trattato, anche grazie alla rimozione delle altre specie microbiche competitive maggiormente sensibili.

Uno dei meccanismi principali che fornisce antibiotico-resistenza a P. aeruginosa è senza dubbio la capacità di mutare i geni che sintetizzano le porine. Queste particolari proteine costituiscono i canali presenti nella membrana esterna attraverso i quali gli antibiotici penetrano nella cellula batterica. Se i canali subiscono alterazioni che riducono il flusso afferente nel citoplasma o che comunque creano ingombro sterico, ecco che il microrganismo acquisisce resistenza a svariate classi di antibiotici.

Analoghe difficoltà degli antibiotici di penetrare nel batterio si manifestano, come precedentemente detto, in ceppi costituenti biofilm o che comunque sono incapsulati da uno spesso strato di esopolisaccaride mucoide.

P. aeruginosa è inoltre capace di indurre la produzione di molte β-lattamasi e quindi di idrolizzare altrettanti antibiotici con anello β-lattamico come penicilline, cefalosporine e carbapenemi.

Altri significativi meccanismi difensivi operati dal batterio possono essere:

  • alterazione del bersaglio ribosomiale degli aminoglicosidi;
  • alterazione della DNA girasi bersaglio dei fluorochinoloni;
  • alterazione delle proteine di legame degli antibiotici β-lattamici;
  • idrolisi enzimatica mediante acetilazione, adenilazione o fosforilazione di aminoglicosidi;
  • idrolisi enzimatica mediante acetiltransferasi del cloramfenicolo.

5.0 BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA

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