1

Μικρόβια εναντίον ανθρώπου: Αγώνας για την επιβίωση

Το Acinetobacter και ο Άγιος Λουκάς

Καθηγητής Γεώργιος Ι. Μπαλτόπουλος

Τμήμα Νοσηλευτικής Πανεπιστημίου ΑθηνώνΔιευθυντής Πανεπιστημιακής ΜΕΘ ΓΠΝ ΚΑΤ Λεμεσός,Κύπρος 2008

2

Μικρόβια και άλλα έμβια: βίοι παράλληλοι;

3.5 b

illio

n

3.5 b

illio

n

Gram(-)bacteriaGram(-)bacteria

3.4 b

illio

n

3.4 b

illio

n

FungiFungi

1.7 b

illio

n

1.7 b

illio

n

65 m

illio

n

65 m

illio

n

250,0

00

250,0

00 7070

Gram(+)bacteriaGram(+)bacteriaMammalsMammals HumansHumans Antibiotic EraAntibiotic Era

Πολυκύτταροι οργανισμοίΠολυκύτταροι οργανισμοί

‘‘evolutionary big bang’’

660000 m

illio

n

mill

ion

3

Mικρόβια και άνθρωπος

Πολύ λίγα μικρόβια είναι πάντοτε παθογόνα

Πολλά μικρόβια είναι δυνητικά παθογόνα

Τα περισσότερα μικρόβια δεν είναι παθογόνα

4

Πηγές παθογόνων στις λοιμώξεις

• Αναπτυγμένες χώρες Μικροβιακή χλωρίδα (ενδογενείς)

κυρίως Περιβάλλον (εξωγενείς)

• Υπό ανάπτυξη / πτωχές Περιβάλλον (εξωγενείς) κυρίως Μικροβιακή χλωρίδα (ενδογενείς)

5

Εξωγενείς λοιμώξεις• Έχουν μειωθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια

λόγω: Βελτίωσης των κανόνων υγιεινής Εμβολιασμών Προγραμμάτων ελέγχου λοιμώξεων

Παραμένουν σε έξαρση κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες:

Πνευμονία κοινότητας Διαρροϊκά σύνδρομα Ελονοσία Φυματίωση

6

Έτσι μολυνόμαστε από τα μικρόβια

7

Μικροβιακό φορτίο της φυσιολογικής μικροβιακής χλωρίδας

Περιοχή Φορτίο Ρινικές εκκρίσεις 105/ml Οδοντική πλάκα 1011/g Σίελος 108/ml Στόμαχος 103/ml Λεπτό έντερο 104/ml Παχύ έντερο 1011/g Κολπικές εκκρίσεις 109/g Ουροδόχος κύστη <103/ml Περιγεννητική περιοχή 106/cm2

Δέρμα άλλων περιοχών 103/cm2

8

Η τέχνη του πολέμου• It is said that one who knows the enemy and knows himself

will not be endangered in a hundred engagements.– Αυτός που γνωρίζει τον εχθρό και τον εαυτό του, δεν θα

κινδυνέψει ούτε σε εκατό συμπλοκές…………

• The combat of the victorious is like the sudden release of a pent-up torrent down a thousand-fathom gorge. This is the strategic disposition of force.

– Η μάχη του νικητή είναι σαν το άνοιγμα του φράγματος ενός χειμάρρου σε μια χαράδρα χιλίων μέτρων. Αυτή είναι η στρατηγική διάθεσης της δύναμης.

Sun Tzu The Art of War

9

Πως την γλιτώνουμε από τους μικροοργανισμούς;

Τους αποφεύγουμεΚαθαρό νερό, πλύσιμο χεριών,

αντικειμένων και φαγώσιμων, αποφυγή των ασθενών

Τους πολεμάμεΑνοσιακό σύστημα

ΚρυβόμαστεΑνατομικοί και μηχανικοί φραγμοί

Χρησιμοποιούμε τον εγκέφαλο μαςΦάρμακα

10

Τους αποφεύγουμε

11

ΑΝΟΣΙΑ

ΦΥΣΙΚΗΜΗ ΕΙΔΙΚΗ

ΕΠΙΚΤΗΤΗΕΙΔΙΚΗ

Γνωσιακή ανοσία;;;

12

Πως δουλεύει το ανοσιακό σύστημα

Βρίσκει τα παθογόνα και τα καταστρέφει προσέχοντας να μην καταστρέψει και τον εαυτό του (make the self/nonself discrimination)

13

Πως αντιμετωπίζεται ένα μικρόβιο όταν ξεφεύγει από την φυσική ανοσία

Με την επίκτητη ανοσίαΤο ανοσιακό σύστημα μπορεί να αναγνωρίσει

κάθε τι στο «σύμπαν» και βεβαίως τον εαυτό μας, τον οποίο προφυλάσσει. Αναγνωρίζει κάθε τι ξένο και το καταστρέφει.

Η φυσική ανοσία αφορά όλα τα όντα και είναι

παράλληλη της εξέλιξης των όντωνΗ επίκτητη ανοσία αφορά το άτομο και είναι

παράλληλη της εξέλιξης (ενηλικίωσης) του ατόμου

14

Οι τρεις γραμμές άμυνας έναντι των μικροβίων

ΦΥΣΙΚΗΜΗ ΕΙΔΙΚΗ

ΕΠΙΚΤΗΤΗΕΙΔΙΚΗ

Γνωσιακή ανοσία;;;

15

Η πρώτη γραμμή άμυνας

• Δέρμα (Φραγμός)

– Επιδερμίδα (πάχος 10-30 κυττάρων)

pH 3-5 (αναστέλλει την ανάπτυξη)

Ιδρώτας - λυσοζύμη (πέψη βακτηριακού τοιχώματος)

– Δερμίδα 15-40 φορές πιο

παχιά από την επιδερμίδα

– Υποδόριο

• Πύλες εισόδου των μικροβίων

• Πεπτικό Σίελος Όξινο περιβάλλον

• Αναπνευστικό Βλεννοκροσσωτό

σύστημα Μακροφάγα

• Ουρογεννητικό Κολπικές εκκρίσεις –

όξινες και κολλώδεις Ούρα-όξινα

16

Οι τρεις γραμμές άμυνας έναντι των μικροβίων

ΦΥΣΙΚΗΜΗ ΕΙΔΙΚΗ

ΕΠΙΚΤΗΤΗΕΙΔΙΚΗ

Γνωσιακή ανοσία;;;

17

Ουδετερόφιλα:φαγοκυττάρωση, θανάτωση, πέψη

• Φαγοκυττάρωση-φαγόσωμα 20 s

– NADPH Oxidase, O−2 και

H2O2, HO• , Ο3 , Myeloperoxidase-Mediated Halogenation, ΝΟ

• Ειδικά κοκκία 20 s• Αζουρόφιλα κοκκία 20 s• Κοκκία ζελατινάσης• Λυσοσώματα 5 min• Εκκριτικά κοκκία

Annu. Rev. Immunol. 2005. 23:197–223

18

Μη φαγοκυτταρικά κύτταραΜη φαγοκυτταρικά κύτταρα

Η θανάτωση του μικροβίου δεν είναι το ίδιο με την φαγοκυττάρωση

• Ηωσινόφιλα – δρουν έναντι παράσιτων – προσκολώνται σε αυτά και αδρανοποιούν τα ένζυμα τους

• Κύτταρα φυσικοί δολοφόνοι– καταστρέφουν μολυσμένα και καρκινικά κύτταρα

Καταστρέφουν την μεμβράνη τους

Perforin

Vesicle

Cell membraneTarget cellNucleus

Killer cell

19

Η φλεγμονώδης αντίδραση

• Αύξηση της θερμοκρασίας – Τα ενεργοποιημένα μακροφάγα εγκρίνουν

interleukin -1, η οποία δρώντας στον εγκέφαλο προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας Ο πυρετός αναστέλλει την μικροβιακή

ανάπτυξη Ο πολύ υψηλός πυρετός είναι

βλαπτικός

20

Λοίμωξη με Aeromonas hydrophila

• Ascosfaera Apis– Κυψέλες μελισσών

• Μεταβολή της θερμοκρασίας – Σαύρα Diposaurus dorsalis: από 38 σε 40 ο C

(Kluger et al 1975) – Χρυσόψαρο: από 28 σε 32.7οC

(Covert and Reynolds 1977) • Αυξάνει την επιβίωση από 25% σε 67% και

από 64% σε 100%, αντίστοιχα το ίδιο ισχύει και για πολλά αλλά είδη

Hasday JD, Singh IS. Cell Stress & Chaperones(2000) 5 (5), 471–480

21

Περιτονίτιδα από K pneumoniae 100 CFU K pneumoniae Στέλεχος Caroli Ενδοπεριτοναϊκά

Θερμοκρασία

Περιβάλλοντος: 23οC

Πυρήνα: 36.5–37οC

Θερμοκρασία

Περιβάλλοντος: 35.5οC

Πυρήνα: 39–39.5οC

Θερμοκρασία

Περιβάλλοντος: 35.5οC

Πυρήνα: 39–39.5οC

Θερμοκρασία

Περιβάλλοντος: 23οC

Πυρήνα: 36.5–37οC

Hasday JD, Singh IS. Cell Stress & Chaperones(2000) 5 (5), 471–480

22

Οι τρεις γραμμές άμυνας έναντι των μικροβίων

ΦΥΣΙΚΗΜΗ ΕΙΔΙΚΗ

ΕΠΙΚΤΗΤΗΕΙΔΙΚΗ

Γνωσιακή ανοσία;;;

23

Τα λεμφοκύτταρααναγνωρίζουν ξένα υλικά από τα αντιγόνα της επιφανείας

τους

24

ΕΠΙΚΤΗΤΗ ΑΝΟΣΙΑ

o Ενεργητική ανοσία-προηγούμενη έκθεσηΑνατομικές θέσεις οργάνωσης

o Λεμφαδένεςo Σπλήναςo Λεμφικός ιστός βλεννογόνων (αμυγδαλές, αδενοειδείς

εκβλαστήσεις, πλάκες Payer και διάχυτος λεμφικός ιστός στο βλεννογόνο του εντέρου)

o Παθητική ανοσία – προσφέρεται (πλακούντας, οροί -ανοσοσφαιρίνες)

25

Τα κύτταρα της ειδικής ανοσίαςT κύτταρα:

αναγνωρίζουν ξένα υλικά από τα αντιγόνα της επιφανείας τους APC παρουσιάζουν το αντιγόνο στα λεμφοκύτταρα και συνεργάζονται στον

πολλαπλασιασμό και στην αντίδρασή τους – Inducer

επιβλέπουν την ανάπτυξη των T κυττάρων – Helper

πυροδοτούν την ανοσιακή απάντησηβοηθούν τα Β στην παραγωγή ανοσοσφαιρινώνενεργοποιούν τα μακροφάγα προς καταστροφή ενδοκυττάριων παθογόνων

– Cytotoxic λύουν τα μολυσμένα κύτταρα

Supressorτελειώνουν την ανοσιακή απάντηση

• B κύτταρα (έχουμε 1011) Παράγουν αντισώματα/ ανοσοσφαιρίνες (1014)

26

Η ανοσιακή μνήμη:Αφού μάθει (primary response), το θυμάται για πάντα (secondary response)

Τη δεύτερη φορά το κάνει αλλιώς… σε σχέση με την παραγωγή αντισωμάτων :2.Ταχεία & Μεγαλύτερη παραγωγή ανοσοσφαιρινών3. Διαφορετικού τύπου αντίσωμα (ανοσοσφαιρίνη) 4.Λειτουργικότερη ανοσοσφαιρίνη (higher binding strength)

27

Οι 12 αντι-ανοσιακοί μικροβιακοί μηχανισμοί I

Sex comes before disease (acquire virulence genes), Sense environment and Switchvirulence genes on and off, Swim to site of infection, Stick to site of infection, Scavenge nutrients (especially iron), Survive stress, Stealth (avoid immune system), Strike-back (damage host tissues), Subvert host cell cytoskeletal and signalling pathways, Spread through cells and organs, ScatterCell 2006; 124: 767–782

28

Οι 12 αντι-ανοσιακοί μικροβιακοί μηχανισμοί II

Sex comes before disease (acquire virulence genes), Sense environment and Switchvirulence genes on and off, Swim to site of infection, Stick to site of infection, Scavenge nutrients (especially iron), Survive stress, Stealth (avoid immune system), Strike-back (damage host tissues), Subvert host cell cytoskeletal and signalling pathways, Spread through cells and organs, Scatter

Cell 2006; 124: 767–782

29

Η εξέλιξη του ανοσιακού συστήματος

30

31

Οι συμμαχίες: τα μικρόβια του εντέρου

• Δισεκατομμύρια μικροοργανισμοί ζουν στο έντερο – Το ανθρώπινο σώμα έχει 10πλάσιο αριθμό βακτηριδίων

(1014) από ότι ευκαρυωτικά κύτταρα (1013).

• Μικρόβια του εντέρου/ κοπράνων: 400 είδη βακτηριδίων (30 - 40 είδη= 99 %)

Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium,Enterococcus, Eubacterium, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Ruminococcus, Lactobacillus and Escherichia

Western lifestyle Lactobacillus Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus

paracasei ssp paracasei

• GALT (Gut Associated Lymphocytic Tissue ) αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο λεμφοκυτταρικό σύστημα του οργανισμού

32

THE MICROFLORA ORGAN

Gustafsson B 1985.The future of germ-free research. Alan R. Liss. New York

33

Οι τρεις γραμμές άμυνας έναντι των μικροβίων

ΦΥΣΙΚΗΜΗ ΕΙΔΙΚΗ

ΕΠΙΚΤΗΤΗΕΙΔΙΚΗ

Γνωσιακή ανοσία;;;

34

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτιέται με την γνώση- κληρονομείται

35

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτιέται με την γνώση- κληρονομείται

36

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτιέται με την γνώση- κληρονομείται

37

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτιέται με την γνώση- κληρονομείται

38

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτιέται με την γνώση- κληρονομείται

• Εμβόλια• Ανοσοσφαιρίνες• κ.α.

39

Subacute sclerosing panencephilitis (SSPE)

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτήθηκε με την γνώση-τι κερδίσαμε;

40

Γνωσιακή ανοσίαΌτι αποκτήθηκε με την γνώση-τι κερδίσαμε;

Θνητότητα από λοιμώξεις στις ΗΠΑ

Current Opinion in Critical Care 2004, 10:250–264

41

Οι μεγάλοι σταθμοί-Ιστορία

• Louis Pasteur (1822-1895)– Στις 6/7/1886, εμβολίασε τον 9χρονο

Joseph Meister με αντιλυσσικό εμβόλιο, μετά από δάγκωμα σκύλου με λύσσα 2 μέρες πριν.

– Το παιδί έζησε και όταν μεγάλωσε ήταν ο θυρωρός του Ιδρύματος Pasteur.Το 1940, όταν οι κατακτητές Γερμανοί τον διέταξαν να ανοίξει την κρύπτη του Pasteur το αρνήθηκε και αυτοκτόνησε!!

• Robert Koch (1843-1910)– Άνθρακας, φυματίωση, φυματινοαντίδραση– Νόμπελ 1905

• Emil Adolf von Behring (1854 – 1917)– Μαθητής του Koch. Με τους Kitasato και

Wernike ανακάλυψαν την διφθεριδική και αντιτετανική αντιτοξίνη για θεραπεία

– Βραβείο Νόμπελ 1901

42

Οι μεγάλοι σταθμοί-Ιστορία

• Paul Ehrlich (1854 – 1915)– Θεωρεία Κλειδιού- Κλειδαριάς

για τα αντιγόνα-αντισώματα– Βραβείο Νόμπελ 1908

• Elie Metchnikoff (1845-1916)– Περιγραφή της φαγοκυττάρωσης– Βραβείο Νόμπελ 1908

• Niels K. Jerne (1912-1994) – Το σύστημα MHC και η

ωρίμανση των Τα κύτταρων– Βραβείο Νόμπελ 1984

43

Οι μεγάλοι σταθμοί-Ιστορία

• Susumu Tonegawa (b. 1939) – Κλωνοποίηση του γονιδίου των

ανοσοσφαιρινών- Η ποικιλότητα των αντισωμάτων

– Βραβείο Νόμπελ 1987• Peter C. Doherty and Rolf M.

Zinkernagel– Η ειδικότητα της κυτταρικής

ανοσίας– Βραβείο Νόμπελ 1996

• 1901-1996: 11 Βραβεία Νόμπελ για το χώρο της ανοσολογίας

44

Οι μεγάλες μάχες: Ευλογιά

1350 π.χ. Η πρώτη καταγεγραμμένη επιδημία

Ο τελευταίος ασθενής ήταν ο Ali Maakin στη Σομαλία, 26/10/1977

Αφήνει ισόβια ανοσίαΟ εμβολιασμός άρχισε τον 10ο αιώνα

στην Κίνα και σταμάτησε το 1972Ο G.Bush εμβολιάστηκε to 1992!!

45

Οι μεγάλες μάχες: Ευλογιά-Εμβολιασμός

Lαdy Mary Wortley Montagu (1689-1762), Σύζυγος του πρέσβη της Βρετανίας στη ΚωνσταντινούποληΕμβολίασε τα παιδιά της το

1717 και 1721 Edward Jenner (1749-

1823)Εμβολίασε τον 8χρονο

James Phipps (1796) και τον γιο του (1789). Sarah Nelmes’ hand

46

Οι μεγάλες μάχες: Ευλογιά-Εμβολιασμός

• Γαλλοπρωσσικός Πόλεμος (1870-71). • • Θάνατοι από την επιδημία Ευλογιάς

– Ο εμβολιασμένος Γερμανικός στρατός είχε μόνο 278 νεκρούς

– Ο μη εμβολιασμένος Γαλλικός στρατός είχε 23.400 νεκρούς

47

How the Aztec Empire was defeated by the Spanish

In 1519, Hernando Cortes sailed to Mexico to conquer the rich Aztec Empire. When Cortes and his soldiers reached the capital of the Aztecs, Moctezuma, their king welcomed Cortes as an honored guest. Tensions mounted between the Aztecs and the Spaniards. In the battle that broke out, Moctezuma was killed. Soon after, the Spanish were forced to retreat. Cortes returned and began a siege of the city. Then, a smallpox epidemic killed most of the Aztecs. The survivor surrendered in 1521.

1521: 3.500.000 εκατομμύρια Αζτέκοι πέθαναν από ευλογιά

48

How the Inca Empire was defeated by the Spanish

Francisco Pizarro and a small group of conquistadors came to the Inca Empire in 1531. There, a smallpox epidemic had killed many Incas. Pizarro took advantage of the chaos in the empire. He invited Atahualpa, the emperor, to a friendly meeting and then had him imprisoned. Atahualpa arranged for a ransom that added up to almost 20 tons of gold and silver. This was said to be the largest ransom in history. However, Pizarro did not honor his end of the bargain. He rejected the Inca ransom and ordered Atahualpa killed, with that the Inca Empire was defeated.

10 χρόνια μετά και οι Ίνκας από ευλογιά έχασαν!!

49

Μικρόβια εναντίον ανθρώπων

Οι μεγάλες μάχες: The Black Death

The medieval pandemic that later came to be called the "Black Death" killed an estimated 17-28 million Europeans (from 30 to 40% of the total population) between the years 1347 and 1351 (1). Black Death was first reported in Central Asia between 1339 and 1340, then in the Genoese city of Caffa, where Black Death Mongol cadavers were hurled as bacteriological weapons over the city walls in 1346 (2). Epidemics reached Europe when Genoese vessels docked in Messina, Genoa, and Marseilles in November 1347. Yersinia pestis is considered to be the most likely agent of Black Death, based mainly on historical clinical records of bubonic and pulmonary forms of the disease (3). However, as the high

levels of mortality and transmissibility associated with the Black Death were not observed during the third plague pandemic (4, 5), alternative etiologies have been proposed. Moreover, the spread of transmission of the disease as well as the supposed densities of rats and fleas made unlikely for several authors the role of Y. pestis (5). The alternatives have included the anthrax agent Bacillus anthracis, the typhus agent Rickettsia prowazekii, Mycobacterium tuberculosis, and hemorrhagic fever (6-8). Confirmation of Y. pestis as the agent of the Black Death would end this controversy and improve our understanding of Y. pestis epidemics in light of the current reemergence of this infectious disease (9, 10).

50

Μικρόβια εναντίον ανθρώπων Οι μεγάλες μάχες: The Black Death- το

πεδίο της μάχης

51

The triumph of death, Pieter Bruegel the elder (1562)

52

Παλαιομικροβιολογία: εφαρμογές σε μελέτες για τον Black Death

Συλλογή δειγμάτων

Εξαγωγή πολφού

Ανάλυση με PCR

“We believe that we can end the controversy: Medieval Black Death was plague.” Raoult, et al. 2000

53

Μικρόβια εναντίον ανθρώπων Οι μεγάλες μάχες: Πανδημίες γρίπης τον 20ο αιώνα

1920 1940 1960 1980 2000

H1N1

1918: “Spanish Flu”

20-40 million deaths

WHO

H2N2

1957: “Asian Flu”

1 million deaths

H3N2

1968: “Hong Kong Flu”

1 million deaths

54

Η ευλογιά παγκοσμίως

Μικρόβια εναντίον ανθρώπων Οι μεγάλες μάχες: το τζίνι μπήκε στο μπουκάλι !

55

ΜΕΘ & Λοιμώξεις αίματος

ΜΕΘ ΓΝ Λευκωσίας Gram(+) 47% Gram(-) 50% Μύκητες 3%

Gram(-) 100% Ps. Aeruginosa Kl. Pneumoniae E.Coli Acinetobacter B. Enterobacter

Παν. ΜΕΘ ΓΝ ΚΑΤ Ελλάδα• Gram(+) 51%• Gram(-) 43%• Μύκητες 6%

• Gram(-) 100% Acinetobacter B. E.Coli Kl. Pneumoniae Providensia

ΜΕΘ & Λοιμώξεις αναπνευστικού

56

Λοιμώξεις στη ΜΕΘ & Acinetobacter Baumani

1 στους 2 ασθενείς της ΜΕΘ θα παρουσιάσει λοίμωξη

1 στους 2 θα παρουσιάσει Gram (-) λοίμωξη

1 στους 2 θα παρουσιάσει λοίμωξη από Acinetobacter

και από τους τελευταίους αυτούς το 15% θα καταλήξει

• 25/05/008 -28/07/08 : 20 ασθενείς (3)

57

Η Μάχη κατά των Gram (+) H Ιστορία του Βαλεντίν Φελίξοβιτσ Βόϊνο-

Γιασενέτσκι σε 3 βήματα

• Γέννηση: (14/27/4-1877) • Θάνατος: 11/06/1961 • Η Μνήμη του: 11/06• Δοκίμια για την χειρουργική

των πυογόνων λοιμώξεων

Ο γιατρός

Ο επίσκοποςΟ άγιος24-25/3/1996

58

59

Τελικά ποιος θα νικήσει;

60

Τελικά ποιος θα νικήσει;

1 x

ΔΓ, ΔΑ

2