Microbiologie ecologica

MICROBIOLOGIE ECOLOGICA

1. DEFINIREA TERMENILOR

Microbiocenoza reprezinta ansamblul speciilor de microorganisme, dintr-un anumit ecosistem (nisa ecologica).

Ecosistemul (nisa ecologica) este zona din macroorganism (cavitate naturala, piele etc.) care asigura dezvoltarea unei microbiocenoze.

Microbiota defineste totalitatea microbiocenozelor din organism, cu interrelatiile dintre ele.

Flora bacteriana dintr-o nisa bacteriana poate fi clasificata dupa doua criterii: adaptabilitatea la conditiile nisei ecologice si potentialul de a determina boala.

Dupa adaptabilitatea la conditiile nisei ecologice

Flora rezidenta: microorganisme bine adaptate la conditiile ecosistemului, constanta si caracteristica sistemului;

Flora flotanta: specii de microorganisme neadaptate, sau putin adaptate, cu timp de persistenta variabil in cadrul unui ecosistem.

Dupa potentialul de a determina boala

Din punct de vedere al patogenitatii, microorganismele nu se pot clasifica rigid, deoarece in anumite conditii acelasi microorganism stabileste relatii diferite cu gazda umana.

Flora saprafita (normala sau indigena): speciile nepatogene care populeaza in mod normal diferitele ecosisteme ale organismului.

Flora patogena: este alcatuita din microorganisme patogene, care nu se gasesc in mod normal in ecosistemele organismului. Ele pot determina tulburarea echilibrului ecologic al nisei, cu aparitia unei boli cu manifestari clinice caracteristice, uneori cu penetratie mare in populatie (Salmonella Typhi, Yersinia pestis etc.), sau pot determina imbolnaviri cu consecinte grave (Streptococcus pyogenes, Treponema pallidum).

Flora conditionat patogena: specii si tulpini saprofite, din flora indigena a ecosistemului, care, in anumite conditii favorizante (scaderea rezistentei antiinfectioase a organismului, stress, viroze, tratament imunosupresiv, SIDA, etc.), ca si in cazul in care colonizeaza zone anatomice sterile (aparitia de septicemii si meningite), pot determina boala. Datorita existentei patogenitatii conditionate, termenul de flora normala tinde sa fie inlocuit, cu cel de flora indigena, termen care implica posibilitatea ca din aceasta flora sa se selecteze indivizi bacterieni conditionat patogeni.

Flora accidental patogena provine din flora comensala a organismului, dar necesita conditii deosebite de inmultire, chiar daca patrunde in zone anatomice sterile. Astfel, streptococii viridans se gasesc in mod normal in faringe si ajung in circulatie dupa extractii dentare. La omul sanatos, mecanismele rezistentei naturale antiinfectioase inlatura streptococii in cateva ore de la patrunderea lor in sange, pe cand la cei cu vicii valvulare, la care exista depozite de fibrina pe endocard, streptococii se vor inmulti producand endocardita lenta maligna. Un alt exemplu, este cel al tulpinilor de Staphilococcus epidermidis, principalul comensal al pielii, care explica esecurile din chirurgia ortopedica si cardiaca datorita patrunderii in circulatie, in timpul actului operator.

Flora conditionat patogena si cea accidental patogena alcatuiesc flora oportunista, care profita in orice imprejurare de vulnerabilitatea gazdei umane.

Ponderea germenilor in etiologia infectiilor s-a modificat de-a lungul timpului. Pana la descoperirea rolului microbilor in producerea acestora, patologia infectioasa a fost dominata de bacteriile inalt patogene. Introducerea metodelor de antisepsie si asepsie, a profilaxiei specifice prin vaccinare si seroterapie a bolilor infectioase, a scazut mult incidenta infectiilor. Dupa descoperirea antibioticelor problema infectiilor parea rezolvata, insa la scurt timp dupa introducerea lor in tratamentul infectiilor, s-a remarcat aparitia tulpinilor bacteriene rezistente. In consecinta, etiologia infectiilor a inceput sa fie, si mai este si astazi, dominata de flora conditionat patogena.

Cu timpul, microbiologia clinica a fost pusa fata in fata cu o noua problema, legata de diagnosticul microbiologic al infectiilor care apar la bolnavii cu SIDA. Infectiile, la acesti bolnavi cu imunitatea compromisa, sunt produse de microorganisme conditionat patogene, accidental patogene si uneori chiar si de microorganisme care pana in prezent nu au fost deloc izolate (sau foarte rar) in infectii.

2. INTERRELATII INTRE MICROORGANISMELE DINTR-O NISA ECOLOGICA

Intre microorganismele dintr-o nisa ecologica se stabilesc relatii care pot influenta gazda umana. Relatiile ce se stabilesc intre microorganisme sunt: neutralism, comensalism, simbioza, sinergism, parazitism, antagonism.

RELATII DE INDIFERENTA (NEUTRALISM), in care speciile se tolereaza reciproc. In acest tip de relatie, speciile trebuie sa fie indeajuns de departate din punct de vedere taxonomic si sa aibe necesitati nutritive diferite (sa nu intre in competitie pentru acelasi substrat nutritiv sau energetic). Acest tip de relatie influenteaza mai putin gazda umana.

RELATII DE COMENSALISM, in care un microorganism are nevoie de un altul, fara ca fenomenul sa fie valabil si invers. De pilda, Haemophilus influenzae are nevoie pentru crestere si multiplicare de factor V, factor pe care il secreta Staphylococcus aureus. Aplicatia practica a acestui raport dintre cele doua specii se folosea in trecut pentru izolarea Haemophilus influenzae dintr-un produs patologic in care se banuia prezenta lui, prin insamantarea in striu transversal a unei tulpini de Staphylococcus aureus. Coloniile de Haemophilus se dezvolta doar in jurul culturii de stafilococ. Acest fenomen se numeste satelitism. Alt exemplu este constituit din cultivarea impreuna a bacteriilor aerobe si anaerobe. Bacteriile aerobe consuma oxigenul molecular cu scaderea potentialului de oxidoreducere din mediu, ceea ce permite dezvoltarea populatiei anaerobe asociate.

SIMBIOZA consta in asocierea a doua specii care se favorizeaza reciproc. Astfel, aciditatea produsa de bacilii lactici favorizeaza dezvoltarea levurilor, care consuma la randul lor acidul lactic. Scaderea aciditatii permite dezvoltarea bacililor lactici.

SINERGISMUL este o relatie intre microorganisme, frecvent daunatoare organismului. Astfel, unele bacterii fuziforme (Fusobacterium) si spiralate (Treponema vincenti) nu sunt patogene separat, dar atunci cand se regasesc impreuna in faringe, sunt cauza unei faringite ulceronecrotice denumita si angina fuzospiralara a lui Plaut-Vincent. Alt exemplu este prezenta concomitenta, intr-o plaga, a florei aerobe si anaerobe. Flora aeroba consuma oxigenul creand astfel conditii optime dezvoltarii florei anaerobe.

PARAZITISMUL consta in folosirea unei specii de catre o alta specie ca habitat. Exista multe forme de parazitism intre microorganisme, dar din punct de vedere medical importante sunt virusurile care paraziteaza bacteriile - bacteriofagii. Prin relatiile care se stabilesc intre bacteriofagi si celulele parazitate se pot raspandi diverse caractere, dintre care de interes medical, sunt cele legate de patogenitatea si rezistenta la antibiotice ale bacteriilor. Exemplu: in relatiile fag-bacterie de tip simbiotic, cand infectia cu un bacteriofag temperat a unei bacterii din aceeasi nisa ecologica, confera acesteia proprietati noi (tulpinele de Corynebacterium diphteriae devin toxigene prin lizogenizare cu fagi specifici; streptococii betahemolitici lizogeni secreta toxina eritrogena etc).

ANTAGONISMUL se defineste prin efectul inhibitor pe care un microorganism il are asupra dezvoltarii si multiplicarii altui microorganism. Este cea frecventa relatie intalnita intre microorganismele aceleiasi nise ecologice. Intr-o asemenea interrelatie, specia care invinge se numeste antagonista, iar specia sau speciile stanjenite in dezvoltare se numesc concurente. Se deosebesc trei tipuri de antagonism:

antagonism prin diferenta de vitalitate care se datoreaza vitezei de multiplicare mai mare a unei specii decat a speciei concurate, diferente de echipament enzimatic etc.

antagonism nespecific care este determinat de eliberarea in mediu a unor substante toxice, neselective ca, de pilda, acizi, alcooli etc.

antagonism specific ce se datoreaza elaborarii unor substante mai putin toxice asupra organismului, dar nocive pentru alte specii microbiene. Aceste substante sunt antibioticele, care constituie baza terapiei antiinfectioase si bacteriocinele (substante specifice proteice, cu activitate antibacteriana cu spectru ingust, secretate de unele bacterii - E. coli, Pseudomonas aeruginosa, care actioneaza asupra indivizilor aceleiasi specii sau a speciilor inrudite).

Exista numeroase exemple de antagonism bacterian: intre bacteriile aerobe sporulate (Bacillus anthracis, Bacillus mycoides); intre Pseudomonas aeruginosa si Bacillus anthracis; intre speciile nepatogene si cele patogene (speciile nepatogene, mai adaptabile, inhiba de obicei pe cele patogene). Exemple: streptococii alfa-hemolitici (viridans) inhiba in faringe dezvoltarea Corynebacterium diphteriae; Escherichia coli nepatogen inhiba in intestin speciile patogene de Enterobacteriaceae (E. Coli patogen, Shigella, Salmonella etc.).

Relatiile de antagonism pot insa sa se manifeste uneori in dauna florei saprofite si in favoarea celei patogene. Astfel, Staphilococcus aureus patogen este antagoist puternic fata de E. Coli nepatogen. Asa se explica de ce tratamentul abuziv cu antibiotice cu spectru larg (tetracicline), pe cale orala, neasociat cu administrarea de complex vitaminic B, prin inhibitia partiala a florei de E. Coli din intestin, favorizeaza aparitia unei enterite stafilococice foarte grave - disbacterie - (tulburarea echilibrului florei intestinale indigene, cu diminuarea rolului fiziologic antagonist al acestei flore fata de flora patogena sau conditionat patogena).

Antagonismul bacterian normal poate fi tulburat si in alte cazuri de tratamentul nerational cu chimioterapice. De pilda, tratamentul indelungat cu penicilina duce la disparitia streptococilor alfa-hemolitici (viridans) din nazofaringe, cu inlocuirea lor de flora Gram negativa.

Exista si forme de antagonism intre bacterii si virusuri, cum este, pe de o parte, intre bacterii si bacteriofagi, iar pe de alta parte, intre bacteriile dintr-o nisa ecologica si virusurile care o populeaza ocazional sau datorita vaccinarii orale (exemplu: relatiile care se stabilesc in intestin, intre enterobacterii: nepatogene, patogene si enterovirusuri).

3. INTERRELATII MICROORGANISM - MACROORGANISM

Intre organismul uman si microorganisme se stabilesc relatii foarte variate, dintre care unele ii sunt daunatoare iar altele benefice. Astfel, intre macroorganism si microorganisme (bacterii, virusuri, fungi, protozoare), se stabilesc relatii care pot fi de comensalism, mutualism si parazitism.

COMENSALISMUL este o asociatie in care un microorganism foloseste ca mediu de viata un alt organism fara sa-l prejudicieze. Omul este gazda unei flore comensale foarte bogate - flora normala, prezenta pe piele, mucoase, tract digestiv, etc. Microorganismele traiesc si se nutresc in stransa relatie cu gazda, dar nu pe seama tesuturilor acesteia, ceea ce nu antreneaza urmari vizibile pentru macroorganism. Exemplu: bacteriile florei indigene a pielii care se hranesc cu detritusuri organice de pe suprafata tegumentelor.

MUTUALISMUL (TOLERANTA MUTUALA) este o relatie care se stabileste in beneficiul ambilor parteneri ai asociatiei. De exemplu, intre bacilii lactici si gazda umana exista un beneficiu reciproc: vaginul ofera conditii de viata bacililor lactici, iar acestia, la randul lor, acidifica mediul impiedicand dezvoltarea altor microorganisme. Alt exemplu, este constituit din bacteriile florei indigene intestinale, care produc fenomenele fiziologice de fermentatie si putrefactie, ca si sinteza unor vitamine.

PARAZITISMUL este o relatie care se stabileste in mod cert in beneficiul microorganismului si in detrimentul gazdei umane. Din aceasta categorie fac parte microorganismele patogene.

Insa acestor tipuri de relatii nu le corespund grupe taxonomice fixe de microorganisme, deoarece relatiile care se stabilesc depind in egala masura de gazda umana. Astfel, in anumite conditii, relatia de comensalism sau mutualism poate sa se transforme intr-o relatie de parazitism cu efecte nefavorabile asupra gazdei.

OPORTUNISMUL. Unele microorganisme nu sunt capabile sa produca boala la gazda, in conditii normale dar, odata cu aparitia unor schimbari in circumstantele ecologice ale mediului intern sau extern (surmenaj, subnutritie, tumori comsumptive, infectii intercurente etc.) determina infectii grave si chiar mortale. De exemplu, la nou-nascuti, pot apare infectii grave cu E. coli (tulpini conditionat patogene). De asemenea, flora indigena fusospirilara a cavitatii bucale (Borrelia vincenti, Fusobacterium fusiformis), in anumite conditii de scadere a rezistentei organismului, poate provoca stomatite, angine sau faringite ulceromembranoase. Un alt exemplu din aceasta categorie il ofera fungii (in special levurile, de tipul Candida albicans), care in cazuri de diabet zaharat, tumori ale tesutului limfoid, leucemii, provoaca infectii grave, locale sau viscerale, mortale.

Relativ la tipul de relatie oportunism, trebuie avuta in vedere posibilitatea exacerbarii florei bacteriene indigene, in conditiile tratamentului intensiv (si uneori abuziv) cu corticosteroizi, tratament care diminua rezistenta nespecifica si specifica a macroorganismului.

Cel mai pregnant exemplu de infectie oportunistica il ofera infectia cu virus HIV.

4. FLORA NORMALA (INDIGENA) A ORGANISMULUI

In timpul vietii intrauterine, organismul este steril, fiind ferit de microorganisme atat prin membranele fetale, cat si prin placenta, care este impermeabila pentru majoritatea lor, cu exceptia unor virusuri (virusul rubeolic, citomegalic, etc.), bacterii (Treponema pallidum) si paraziti (Toxoplasma gondi). Prima intalnire a organismului uman cu microorganismele mediului inconjurator se produce in momentul nasterii, cand fatul vine in contact cu flora vaginala si cutanata a mamei.

Dupa nastere, organismul este supus unei contaminari continue. Flora normala a organismului este prezenta imediat dupa nastere si este constituita din specii comensale. Ea colonizeaza mucoasele si tegumentele copilului, fiind supusa anumitor variatii pana cand se stabileste un raport numeric echilibrat intre bcterii si fungi. Se constituie, astfel, o ,,bariera biologica care, prin concurenta microbiana se opune la patrunderea altor specii patogene in organism. Fiecare mucoasa (cavitatea bucala, mucoasa rinofaringiana, intestinala, vaginala) prezinta o flora variata, cu anumite particularitati.

In general, organismul uman este populat de foarte multe specii bacteriene si de un numar mai mic de virusuri, fungi si protozoare.

Flora normala a organismului depinde de o serie de factori, cum sunt: varsta, regimul alimentar, statusul hormonal, starea de sanatate, conditiile de igiena colectiva si personala. Este foarte dificila definirea exacta a speciilor care alcatuiesc flora normala, deoarece o serie de specii patogene pot fi si ele prezente temporar pe tegumente si mucoase, fara sa produca imbolnaviri. De exemplu, pneumococul si meningococul sunt bacterii patogene, fiind cauza unor infectii foarte grave. Totusi ele se gasesc la aproximativ 10% din populatia sanatoasa.

Zonele organismului populate in mod normal cu microorganisme sunt: pielea, tractul respirator superior (vestibul nazal, faringe), tubul digestiv (cavitatea bucala si intestinul gros), tractul urinar (partea anterioara a uretrei) si vaginul.

In afara de aceste zone, microorganisme mai pot aparea in numar mic si in mod pasager in restul tractului respirator, digestiv si in uter, fiind rapid indepartate de mijloacele de aparare ale organismului. Sangele, lichidul cefalorahidian, lichidele sinoviale, din seroase, tesuturile profunde sunt sterile. Prezenta microbilor in aceste zone are intotdeauna o semnificatie patologica.

4.1. FLORA NORMALA A PIELII

Pe tegumente exista o flora rezidenta, situata in straturile profunde, de obicei constanta si una superficiala, flotanta.

Pielea este populata de multe specii bacteriene, densitatea acestora fiind mai mare in zonele umede (axila, zona perineala, zonele interdigitale). Specia cel mai des intalnita, care reprezinta 90% din flora cutanata aeroba este Staphilococcus epidermidis. In regiunile umede se poate intalni si S. aureus. In afara de speciile mentionate, pe piele se mai gasesc bacili difteromorfi anaerobi, ca, de pilda, Propionibacterium acnes (in foliculii pilosi, transpiratie, glandele sebacee) care se inmultesc mai ales la pubertate, producand acneea juvenila. La 20% din populatie se izoleaza de pe piele Clostridium perfringens. In mod pasager se evidentiaza in patul periunghial si pe scalp specii de Candida.

O mentiune speciala trebuie sa facem pentru prezenta bacteriilor patogene si conditionat patogene pe tegumentele si mucoasele farmacistului. Ele pot constitui o importanta sursa de contaminare a medicamentelor pe care acesta le prepara sau le manuieste.

4.2. FLORA NORMALA A CAVITATII BUCALE SI A VESTIBULUI NAZAL

Speciile ce colonizeaza aceste zone sunt, in general, streptococi, stafilococi, bacili difteromorfi, coci Gram negativi si mai rar ciuperci. Unele din aceste specii sunt conditionat patogene (Str. pneumoniae, Neisseria meningitidis, Candida).

Densitatea florei microbiene in cavitatea bucala este foarte mare, mai ales la nivelul suprafetei dintilor si santurilor gingivale, care sunt sediul unei bogate flore anaerobe. Daca igiena cavitatii bucale este deficitara, sub actiunea unor specii ca Streptococcus mutans, se produc cariile dentare. S-a constatat ca numarul de Str. mutans creste in timpul producerii cariilor si scade dupa tratarea acestora.

Flora faringiana este reprezentata de streptococi viridans si ocazional de streptococi beta-hemolitici (specie patogena), la care se adauga difteromorfi, neisserii hemolitice, stafilococi, etc.

Tractul respirator inferior este steril, dar s-a izolat din plamanul persoanelor sanatoase Pneumocistis carinii. Acest parazit nu are semnificatie patologica la aceste persoane, dar poate da pneumonii grave la persoanele imunocompromise, cum sunt bolnavii de SIDA.

4.3. FLORA NORMALA A TUBULUI DIGESTIV

Stomacul contine doar ocazional flora bacteriana acidotoleranta (unii lactobacili si streptococi) data fiind aciditatea gastrica pronuntata. Frecvent se izoleaza de pe mucoasa gastrica Helicobacter pylori, care ar putea constitui cauza unor gastrite si a ulcerului duodenal. La persoanele la care se administreaza o medicatie ce schimba pH-ul gastric, flora normala sufera modificari.

Partea incipienta a intestinului subtire contine un numar redus de microbi, care creste vertiginos spre ileon unde se vor gasi streptococi, lactobacili, enterobacterii, specii de Bacteroides, etc.

Intestinul gros este cea mai populata zona cu microbi a organismului. Aici, peste 90% din flora este anaeroba, reprezentata mai ales de bacili apartinand genului Bacteroides, insotita de enterobacterii care sunt facultativ anaerobe, la care se adauga protozoare nepatogene, ca, de pilda Entamoeba coli. Tratamentul cu antibiotice altereaza rapid echilibrul care se stabileste intre aceste specii cu inmultirea consecutiva a unor specii mai rezistente la antibiotice cum sunt Clostridium difficile, specii din genul Enterococcus si Pseudomonas care pot produce diaree cu posibilitati de evolutie spre colita pseudomembranoasa.

4.4. FLORA NORMALA A TRACTULUI UROGENITAL

Uretra anterioara este populata la ambele sexe cu flora asemanatoare celei de pe piele: S. epidermidis, Enterococcus faecalis, difteromorfi etc.

Flora vaginala variaza in functie de varsta. Astfel, pana la pubertate flora vaginala contine specii prezente pe piele, iar dupa pubertate pana la menopauza, vaginul este populat cu o varietate foarte mare de bacterii, predominante fiind speciile de Lactobacillus (bacili Doderlein).

Bacilii Doderlein, indicatori ai ciclurilor endocrine normale, sunt bacili Gram pozitivi care se dezvolta numai la pH acid (pH-ul normal al vaginului). La fetitele nou-nascute, bacilul apare repede in vagin, datorita fermentarii glicogenului din mucoasa vaginala (ramas din circulatia materna), cu scaderea concomitenta a pH-ului local. Dupa consumarea rezervei de glicogen de provenienta materna, pH-ul vaginal creste si bacilul Doderlein, nemaigasind conditii prielnice, dispare, fiind inlocuit de o flora mixta (streptococi de grup D - enterococi, difteromorfi, stafilococi coagulazo-negativi, Neisserii banale). La pubertate, odata cu aparitia ciclului menstrual, glicogenul reapare in celulele epiteliului mucoasei vaginale. Se creaza din nou conditii de fermentare a glicogenului, cu scaderea pH-ului, ceea ce duce la repopularea vaginului cu bacilul Doderlein, reprezentand, deci, o reflectare fidela a pH-ului normal vaginal al femei, in tot cursul vietii sexuale normale. In perioada climaxului, pH-ul vaginal creste din nou, ceea ce provoaca disparitia bacilului Doderlein.

5. ROLUL FLOREI NORMALE A ORGANISMULUI

Flora normala joaca un rol important in mentinerea starii de sanatate, cat si in producerea unor infectii. Astfel:

este un factor important in apararea antiinfectioasa naturala, stimuland atat fagocitoza, cat si unii factori umorali (complement, betalizine);

este, de asemenea, un important factor in apararea specifica (imuna). Flora indigena actioneaza atat la nivelul apararii sistemice (induce sinteza de anticorpi naturali, la un nivel coborat, dar eficient, datorita stimularii antigenice continue), cat si la nivelul apararii locale (anticorpi IgA secretori la suprafata mucoaselor, cu rol de ecran impotriva infectiilor cu germeni patogeni);

flora normala deprima inmultirea florei patogene prin mecanisme competitive pentru un anumit substrat nutritiv, pentru aceiasi receptori celulari si producerea de bacteriocine.

contribuie la nutritia si metabolismul organismului;

sintetizeaza (specii de Bacteroides si E. coli) si secreta in intestin unele vitamine, cum sunt vitamina K si vitamine din grupul B;

intervine in circuitul hepato-entero-hepatic al unor substante cum sunt hormonii steroizi si sarurile biliare. Aceste substante sunt excretate in intestin prin bila sub forma conjugata de glucuronide sau sulfati. Ele nu pot fi reabsorbite decat dupa deconjugare care se petrece sub actiunea glucuronidazelor si sulfatazelor secretate de flora bacteriana.

constituie sursa majoritatii infectiilor oportuniste.

Medicul practician intalneste mai frecvent infectii produse de microorganisme ce fac parte din flora normala decat infectii produse de flora patogena provenita din mediul extern al organismului. Astfel, speciile de Bacteroides, de pilda, rezidente ale intestinului gros, produc abcese daca patrund in zone sterile ale organismului. Staphilococcus epidermidis, cea mai importanta specie a florei normale a pielii, are proprietatea de a se atasa in mod nespecific de catetere de plastic, producand septicemii. De asemenea, E. coli, prezent in flora intestinala este cel mai frecvent agent etiologic al infectiilor urinare. Aceste infectii cu germeni comensali si conditionat patogeni sunt favorizate, dupa cum am vazut mai sus, de administrarea necontrolata a antibioticelor.