Mycobacterium Tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis, scoperto da Robert Koch nel 1882, è l'agente eziologico della tubercolosi, una malattia che, dopo aver per secoli imposto all'umanità un pesante tributo, sembrava ormai essere sotto controllo e contenuta, ma, invece, negli ultimi anni, per una serie di concomitanti circostanze (intensi flussi migratori, aumento dei paesi poveri, aumento delle patologie immunodepressive, etc.) deve essere considerata una malattia “riemergente”, in quanto si è calcolato che circa il 33% della popolazione umana è infetta e causa 3 milioni di morti all'anno. Questo patogeno è aerobio obbligato e per questa ragione nei classici casi di tubercolosi si trova nei lobi polmonari. Inoltre non viene classificato né nei batteri Gram-negativi né in quelli Gram-positivi in quanto ha caratteristiche comuni ad entrambi. M. tuberculosis possiede essenzialmente due classi di antigeni, rispettivamente di natura polisaccaridica e di natura proteica. I lipidi degli involucri esterni e, in particolare, le cere formate dagli acidi micolici legati a glicolipidi fenolici, hanno una potente azione “adiuvante” l'immunogenicità delle porzioni antigeniche polisaccaridiche e proteiche, favorendo il reclutamento di cellule immunocompetenti. Questi acidi micolici e un alta concentrazione di altri lipidi presenti nella struttura della parete cellulare sono molto importanti anche perché si pensa possano essere i responsabili dell'immunità che ha questo patogeno di essere distrutto dagli agenti antimicrobici presenti nei fagolisosomi, ma anche della loro resistenza a molti antibiotici e ad agenti acidi ed alcalini. M. tuberculosis non produce (eso)tossine proteiche in senso stretto (anche se è stata dimostrata la produzione di emolisine) e non è ovviamente provvisto di endotossina (LPS) che è tipica dei batteri Gram-negativi. Per questi motivi, il meccanismo dell'azione patogena di questo microrganismo è tutt'oggi sotto studio. Comunque, molti componenti cellulari sono dotati di azione tossica che si estrinseca soprattutto nei confronti dei macrofagi, impedendo la completa uccisione dei micobatteri fagocitati, sia attraverso l'inibizione della fusione fagosoma-lisosoma, sia attraverso la inibizione della acidificazione del contenuto del fagolisosoma, riuscendo a bloccare quelli che sono gli intermedi antimicrobici presenti in queste strutture, come il perossido di idrogeno, i radicali ossidrilici e l'ossido nitrico. In generale, l'infezione da M. tuberculosis, si contrae per via aerea (da soggetti in cui la malattia è nella forma attiva, non in quella latente). Una volta depositati negli spazi alveolari dei polmoni, si innesca un meccanismo infiammatorio seguito da un intenso accumulo di cellule fagocitiche prevalentemente di tipo macrofagico. I bacilli vengono fagocitati dai macrofagi alveolari e in gran parte uccisi, con la conseguente presentazione di diversi materiali antigeni micobatterici ai linfociti T e l'innesco della risposta immune. Alcuni batter, però, riescono a sopravvivere ed a moltiplicarsi all'interno dei macrofagi , uccidendoli e liberandosi nell'ambiente extracellulare e danneggiando i tessuti circostanti. La comparsa dei macrofagi “attivati” e di linfociti CD8 citotossici specifici riesce di norma a contenere l'infezione, con l'attivazione di un caratteristico processo infiammatorio di tipo granulomatoso. Infatti, la lesione (denominata “tubercolo”) viene in genere circoscritta ad opera di fibroblasti e la porzione centrale, va incontro a necrosi. Nel soggetto resistente, il processo infiammatorio rimane localizzato con la formazione di quello che prende il nome di complesso primario. Non sempre però, il complesso primario viene completamente e definitivamente “controllato”. Al contrario, in una notevole percentuale, la lesione granulomatosa iniziale, si traduce in un'infezione cronica in cui i micobatteri possono rimanere vitali per lunghissimi periodi (anche decenni), anche se scarsamente metabolizzanti o addirittura in una sorta di letargo metabolico. Quindi, occasionalmente, una diminuita efficienza del sistema immune (come ad esempio nei pazienti affetti da HIV), possono portare alla riattivazione del complesso primario, con la ripresa della moltiplicazione dei micobatteri, la formazione di lesioni granulomatose multiple che confluiscono e che, in seguito alla necrosi, possono svuotare il loro contenuto in circolo, con la diffusione metastatica dell'infezione in altre sedi polmonari o extrapolmonari. La prognosi della tubercolosi si è profondamente modificata nella seconda metà del XX secolo, con la disponibilità di alcuni antibiotici e chemioterapici efficaci su questo patogeno. Tuttavia, M. tuberculosis presenta facilmente la comparsa di varianti farmaco-resistenti, dal che discende che, da una parte, è difficile a priori predire l'efficacia di un farmaco antibatterico e, dall'altra, è assolutamente da evitare il trattamento da un'infezione tubercolare con un solo farmaco, per evitare la facile selezione di mutanti resistenti. La multi-terapia dell'infezione tubercolare prevede una terapia iniziale con isoniazide (300 mg, inibisce la sintesi della parete cellulare), rifampicina (600 mg, inibisce la sintesi dell'RNA), pirazinamide (2000 mg) ed etambutolo (1200 mg), somministrati in associazione giornalmente e per almeno due mesi, seguita da una terapia di mantenimento con isoniazide (600 mg) e rifampicina (600 mg) tre volte alla settimana per quattro mesi. Tutto questo ci fa capire quanto sia difficile per i paesi più poveri contenere questa malattia.
IL GENOMA DI MYCOBACTERIUM TUBERCULOSIS
Il genoma di Mycobacterium tuberculosis è un genoma circolare di 4,4 Mb contenente 4.000 ORFs con un contenuto in G+C molto elevato, ma costante, ciò indica che probabilmente non vi è stato horizontal Gene Transfer. Il 40% delle ORFs ha una funzione nota, circa il 44% ha  omologie in altri organismi mentre il 16% delle ORFs sono specifiche per M. tuberculosis. L’antenato di  questo microrganismo si pensa fosse un batterio del suolo e solo circa 10.000 anni fa, con l’addomesticamento del bestiame, ha trovato nei polmoni il suo habitat ideale. Questo patogeno produce tantissime sostanze lipofiliche, infatti, molti geni (circa 250) codificano per enzimi coinvolti nella lipogenesi e lipolisi. Inoltre, sulla base della comparazione di 26 loci di un gran numero di ceppi, isolati indipendentemente, si è osservato che M. tuberculosis manca di diversità genetica. Questo potrebbe indicare che sia un organismo di recente origine evolutiva. Inoltre, il genoma è ricco di sequenze di inserzione (IS), di famiglie multi geniche, e geni houskeeping. M. tuberculosis possiede molti pathways biosintetici per aminoacidi, vitamine, etc. ed è resistente a molti antibiotici, grazie al suo involucro cellulare altamente idrofobico e ad enzimi idrolitici, b-lattamici, sistemi di esporto e trasportatori ABC. Tutte queste strutture e queste molecole vengono codificate da 44 geni che sono attivati solo quando il batterio si trova all'interno di macrofagi attivati.