Valutazione delle antibiotico-resistenze in ceppi di Pseudomonas aeruginosa isolati da matrici ambientali

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Definire morfologia e fisiologia di 
Pseudomonas aeruginosa, batterio 
oggetto della ricerca, oltre che 
caratterizzarne le nicchie ecologiche 
occupate in siti naturali ed in ambienti 
condivisi con la specie umana, è stato 
fondamentale per poter comprendere a 
fondo le motivazioni che consentono 
l’ubiquitaria presenza di questo 
microrganismo ambientale. 
Determinarne la virulenza, oltre 
che le patologie provocate ed i correlati 
meccanismi di patogenesi, ha invece 
permesso di percepire l’estremo rischio 
per la salute di alcune particolari fasce 
di popolazione. 
Infine, valutare la risposta di Ps. 
aeruginosa nei confronti delle diverse 
sostanze antibiotiche, ha consentito di 
confermare l’estrema difficoltà 
riscontrata nel trattare patologie 
correlate con questa diffusissima 
specie microbica. 
 
 
   Fig. 1: Ps. aeruginosa al microscopio 
elettronico   
 
1.1.1 INQUADRAMENTO TASSONOMICO 
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.
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1.1.2 FISIOLOGIA E MORFOLOGIA 
I microrganismi appartenenti alla specie Ps. 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. 
 
 
                                                Fig. 2: Ps. aeruginosa vista al M.O. dopo colorazione di Gram 
 
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, Ps. aeruginosa veniva ritenuto un microrganismo aerobio 
stretto, caratterizzato da un metabolismo respiratorio inscindibile dalla presenza di 
molecole di ossigeno
 
biologicamente 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. 
Oltre a quest’ultimo enzima, Ps. aeruginosa include nel proprio patrimonio 
enzimatico anche la citocromossidasi, la catalasi e molte proteasi idrolitiche. Circa il
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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 Ps. 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. 
Molti ceppi di Ps. aeruginosa sono caratterizzati da una cospicua produzione di 
pigmenti diffusibili quali la piocianina, sostanza fenazinica idrofila di colore verde-blu, 
la piorubina, idrofoba di colore rossastro-marrone, e la fluoresceina (o pioverdina), 
idrofila di colore variabile dal giallo-verde al giallo-bruno e capace di emettere 
fluorescenza alla luce ultravioletta.  
Quest’ultima, insieme alla piochelina, fa parte di quel gruppo di molecole 
siderofore indispensabili nell’acquisizione di ioni ferro da matrici proteiche 
extracellulari. Il processo avviene mediante chelazione del ferro da parte del sideroforo 
e successiva veicolazione del complesso costituitosi all’interno del citoplasma 
batterico. Si ritiene che la piorubina sia implicata nella riduzione dello stress ossidativo 
in condizioni avverse per il microrganismo. Per quanto concerne invece il pigmento 
respiratorio piocianina, essa viene prodotta da oltre il 70% dei ceppi di questa specie e 
sembra intercorra una stretta connessione tra la sua produzione e il tasso di crescita 
microbica. Infatti, a decrementi di quest’ultimo, corrisponderebbero incrementi 
nell’anabolismo del pigmento. 
 
 
                                    Fig. 3: Pigmenti diffusibili prodotti da Ps. aeruginosa 
Ceppo produttore di 
fluoresceina 
Ceppo produttore 
di piocianina 
 
Ceppo produttore 
di piorubina
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1.1.3 EPIDEMIOLOGIA 
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 Ps. 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 Ps. 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. 
 
Questo accade perché Ps. aeruginosa rappresenta uno dei microrganismi tipicamente 
riscontrabili in quelle patine microbiche che si vengono a formare sulle superfici spesso 
in contatto con fluidi, denominate biofilm. Infatti, il batterio è dotato della capacità di 
aderire a queste tipologie di superfici, grazie alla secrezione di un polimero dell’acido 
mannuronico e dell’acido glucuronico, chiamato esopolisaccaride mucoide (o 
rivestimento di alginato o glicocalice). Nei ceppi definiti mucoidi, la produzione 
dell’esopolisaccaride è ingente e sono proprio questi ceppi che costituiscono gran 
parte della patina batterica.  
Nel biofilm si verranno quindi ad avere colonie incapsulate in una matrice 
polisaccaridica, irrorate da canalicoli interstiziali. In tal modo, si consente un continuo 
flusso d’acqua, onde permettere un corretto apporto trofico per la colonia ed un 
allontanamento di metaboliti eventualmente tossici. Si costituisce così una perfetta 
matrice extracellulare protettiva nei confronti di elevata pressione, pulitura meccanica, 
disinfettanti ed antibiotici. 
Liquidi scarsamente dinamici, elevate concentrazioni di carbonio organico 
biodisponibile, irregolarità ed idrofobicità delle superfici favoriscono la formazione di 
questa tipologia di biofilm.
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                                     Fig. 4: Biofilm di Ps. aeruginosa in via di formazione 
  
Un altro importante fattore che influenza l’adattabilità di Ps. aeruginosa è senza 
dubbio la capacità del microrganismo di “percepire” lo stato e la densità della 
popolazione dell’intero biofilm (processo chiamato quorum-sensing). Il fenomeno 
avviene mediante l’espressione del gene LuxI che porta alla produzione di acil-
omoserina-lattoni (AHL), impiegati come molecole segnale. Un’analoga 
interconnessione sembrerebbe avere luogo con la produzione di pigmenti fluorescenti 
diffusibili come la pioverdina. Mediante il quorum-sensing, Ps. aeruginosa può 
coordinare nell’intera popolazione la riproduzione cellulare, la secrezione 
dell’esopolisaccaride mucoide e l’espressione degli altri fattori di virulenza, portando a 
numerosi benefici collettivi della popolazione microbica stessa.  
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 Ps. 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. 
Tenendo presente quanto detto finora, sono individuabili in ambiente 
nosocomiale siti critici quali lavandini, recipienti per le urine, disinfettanti, tubazioni per 
la ventilazione forzata, vari tipologie di cateteri e di strumentazione per la dialisi oltre 
che per l’endoscopia, dove Ps. aeruginosa può facilmente creare biofilm.