Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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- 1 - Capitolo 1 I MICRORGASNISMI sono presenti sia nei PROCARIOTI che negli EUCARIOTI. I procarioti comprendono i due regni Bacteria e Archea; gli eucarioti il regno degli Eucaria ( secondo lo schema a tre regni) Nei procarioti: 1. EUBATTERI o BACTERIA: organismi generalmente unicellulari con una parete costituita essenzialmente da peptidoglicano. Es: Cianobatteri, che compiono il processo foto sintetico. 2. ARCHEBATTERI o ARCHEA: caratterizzati dalla presenza di sequenze simili a quelle dell’ RNA ribosomiale; nella loro parete non c’è peptidoglicano ma altri lipidi. Es: Metanogeni, che producono gas metano. Negli eucarioti ci sono microrganismi: 1. PROTISTI: a) Algae, che fanno la fotosintesi b) Protozoa, che sanno muoversi 2. FUNGI: che assimilano nutrienti dall’ambiente circostante. Capitolo 2 MICROSCOPIO OTTICO IN CAMPO CHIARO: Genera un’immagine scura su uno sfondo più chiaro; ha due manopole, una per la messa fuoco grossolana, l’altra per quella di precisione; ha un Condensatore che focalizza la luce che viene da sotto sul vetrino; non distingue bene cellule non pigmentate. RISOLUZIONE: Capacità di un microscopio di distinguere fra due oggetti molto piccoli e vicini tra loro; uno dei fattori che la influenza è la lunghezza d’onda della luce utilizzata, che deve essere minore della distanza che separa i due oggetti che vogliamo distinguere. MICROSCOPIO OTTICO IN CAMPO OSCURO: Visualizza un oggetto molto illuminato su un campo scuro; rende visibili notevoli strutture interne degli eucarioti; MICROSCOPIO A CONTRASTO DI FASE: Ottimo per osservare cellule vive; trasforma variazioni di densità della cellula in variazioni dell’intensità luminosa; MICR. a CONTRASTO D’INTERFERENZA DIFFERENZIALE:

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Dispensa di Microbiologia della facoltà di Biotecnologie Biomolecolari e Industriali

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Capitolo 1

I MICRORGASNISMI sono presenti sia nei PROCARIOTI che negli EUCARIOTI. I procarioti

comprendono i due regni Bacteria e Archea; gli eucarioti il regno degli Eucaria ( secondo lo

schema a tre regni)

Nei procarioti:

1. EUBATTERI o BACTERIA: organismi generalmente unicellulari con una parete costituita

essenzialmente da peptidoglicano. Es: Cianobatteri, che compiono il processo foto sintetico.

2. ARCHEBATTERI o ARCHEA: caratterizzati dalla presenza di sequenze simili a quelle dell’

RNA ribosomiale; nella loro parete non c’è peptidoglicano ma altri lipidi. Es: Metanogeni, che

producono gas metano.

Negli eucarioti ci sono microrganismi:

1. PROTISTI:

a) Algae, che fanno la fotosintesi

b) Protozoa, che sanno muoversi

2. FUNGI: che assimilano nutrienti dall’ambiente circostante.

Capitolo 2

MICROSCOPIO OTTICO IN CAMPO CHIARO:

Genera un’immagine scura su uno sfondo più chiaro; ha due manopole, una per la messa fuoco

grossolana, l’altra per quella di precisione; ha un Condensatore che focalizza la luce che viene da

sotto sul vetrino; non distingue bene cellule non pigmentate.

RISOLUZIONE:

Capacità di un microscopio di distinguere fra due oggetti molto piccoli e vicini tra loro; uno dei

fattori che la influenza è la lunghezza d’onda della luce utilizzata, che deve essere minore della

distanza che separa i due oggetti che vogliamo distinguere.

MICROSCOPIO OTTICO IN CAMPO OSCURO:

Visualizza un oggetto molto illuminato su un campo scuro; rende visibili notevoli strutture interne

degli eucarioti;

MICROSCOPIO A CONTRASTO DI FASE:

Ottimo per osservare cellule vive; trasforma variazioni di densità della cellula in variazioni

dell’intensità luminosa;

MICR. a CONTRASTO D’INTERFERENZA DIFFERENZIALE:

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Funziona come il precedente; fa apparire cellule viventi non pigmentate come colorate vivacemente

e tridimensionali;

MICROSCOPIO A FLUORESCENZA:

L’oggetto viene visto grazie alla luce che esso stesso emette; alcune molecole assorbono energia

che poi rilasciano sotto forma di Luce Fluorescente; il campione viene esposto ad una luce

ultravioletta che sfrutta la luce fluorescente che emette e in genere i campioni prima

dell’osservazione sono trattati con Fluorocromi, dei coloranti che li rendono ancora più fluorescenti

quando vengono esposti a particolari lunghezze d’onda.

FISSAZIONE

Conserva e blocca le strutture interne dei microrganismi; inattiva gli enzimi e rafforza le strutture

cellulari in modo che resistano durante colorazione e osservazione.

Colorazione di GRAM

Distingue i batteri in Gram+ e Gram – ; si fa in tre passaggi:

-Colorazione dello striscio con il cristalvioletto, un colorante basico.

-Aggiunta di una soluzione di iodio, che aumenta l’interazione fra il colorante e la cellula.

-Lavaggio/risciacquo con etanolo o acetone

Dopo il lavaggio, i Gram+ trattengono comunque il colorante e quindi sono violetti.

CAPITOLO 3

STREPTO - : suffisso che indica microrganismi che si dispongono in una fila ordinata. Es :

streptococchi, streptobacilli, …

STAFFILOCOCCO: Cocco che si replica formando aggregati a grappolo.

SPIRILLI: Procarioti di forma a spirale , con ciuffi di flagelli ad una o entrambe le estremità.

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OPANOIDI: I procarioti nella membrana non hanno steroli, ma opanoidi, che sono lipidi simili agli

steroidi. Sono sintetizzati a partire dagli stessi precursori degli steroli e hanno la stessa funzione:

stabilizzare la membrana.

La membrana cellulare degli eucarioti è ASIMMETRICA, in quanto sul foglietto esterno ci sono

lipidi e proteine diverse da quelle che ci sono sul foglietto interno.

LIPID RAFT: zattera di lipidi ricca di colesterolo e sfingolipidi, libera di muoversi nel doppio strato

fosfolipidico;

Membrana degli Archea

Alcune membrane sono Mono Strato , altre a Doppio strato.

I lipidi che compongono la membrana sono IDROCARBURI chiamati ISOPRENOIDI a catena

ramificata che si uniscono al GLICEROLO mediante legami ETERICI.

Due Isoprenoidi si legano ad un glicerolo e formano un GLICEROLO DIETERE. Se 2 gliceroli

dietere collegano le loro 4 catene idrocarburiche vanno a formare un DIGLICEROLO

TETRAETERE.

Il di glicerolo tetra-etere compone in genere le membrane mono strato.

Gli ISOPRENOIDI sono costituiti da unità ripetute di ISOPRENE ( una molecola a 5 atomi di C )e

la loro lunghezza della singola catena può cambiare. Se è lunga 20C allora si chiama FITANOLO;

se è lunga invece 40C ( come nel di-glicerolo tetra etere) si chiama BIFITANOLO.

_______________________________

CORPI di INCLUSIONE:

granuli con funzione di deposito di sostanze organiche e inorganiche. Hanno membrana i corpi di

inclusione che contengono poli-β-idrossibutarrato (PHB) oppure peptidogligano. Altri granuli,

come quelli che contengono glicogeno, non hanno membrana e sono liberi nel citoplasma.

MESOSOMI:

Invaginazioni della membrana plasmatica, formano una vescicola che ha un ruolo importante nella

segregazione dei cromosomi durante la replicazione.

NUCLEOIDE: spazio/zona in cui è situato il cromosoma procariotico.

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PLASMIDI batterici

DNA extracromosomico a doppio filamento, formato di solito da meno di 30 geni.

• molecole di DNA circolari superavvolto a doppia elica.

• un'origine di replicazione indipendente.

• dimensioni inferiori a quelle dei cromosomi .

Alcune funzioni dei plasmidi :

• resistenza (antibiotici, metalli pesanti e raggi UV)

• utilizzo di fonti di carbonio insolite o la fissazione di azoto inorganico nel suolo;

• produzione di molecole in grado di uccidere gli altri organismi (batteriocine o

antibiotici);

• Virulenza

Vettore Plasmidico :

Permette di trasportare sequenze di DNA di interesse che occorre amplificare o esprimere

all'interno di una cellula ospite; devono contenere:

multi-cloning site (MCS);

uno o più marker di selezione (danno resistenza ad antibiotici);

un'origine di replicazione compatibile con l'organismo ospite.

_____________________________

Membrana in Bacteria e Eucaria

Formata invece da ACIDI GRASSI (non ramificati, a differenza dell’isoprene) che si uniscono

mediante legami ESTERICI.

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Parete Cellulare ( PROCARIOTI )

È tipica dei procarioti ed immediatamente esterna alla membrana plasmatica.

Protegge da LISI OSMOTICA e penetrazione di Sostanze Tossiche.

Da essa dipende la Colorazione di Gram.

È sede della VIRULENZA, PATOGENICITA’ e di ANTIGENI.

Il peptidoglicano ( peptidi+ zuccheri) di cui è composta è bersaglio di molti ANTIBIOTICI, i quali

possono bloccare:

La sintesi del peptidoglicano

Il suo spostamento attraverso la membrana per raggiungere la parete

Il suo assemblaggio finale.

Il 90% della parete è costituito da PEPTIDOGLICANO ( o MUREINA ).

Il peptidoglicano è costituito dalla ripetizione di dimeri; ciascun dimero polisaccaridico è formato

da:

NAG ( N- acetil- glucosammina )

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NAM ( acido N- acetil- muramico )

NAM e NAG sono uguali, ma il NAM ha in più un D-acido lattico legato tramite un ponte a

ossigeno al proprio C3.

A questa parte polisaccaridica/glucidica si unisce la parte peptidica del peptidoglicano, costituita da

4 amminoacidi che in genere non si trovano nelle proteine e che proteggono il peptidoglicano

dall’attacco di peptidasi. Infatti 4 amminoacidi si legano all’acido lattico del NAM nell’ordine:

L- Alanina

D-Acido glutammico

Acido meso- diamminopimelico ( Gram -) oppure LISINA ( Gram+ ) chiamati aa

BIBASICI

D- Alanina

formando il cosiddetto Tetrapeptide del peptidoglicano.

I vari Tetrapeptidi si uniscono tra loro in due modi:

DIRETTAMENTE: legame peptidico tra il gruppo amminico dell’aa bibasico e il gruppo

carbossilico della D-Alanina dei due tetrapaptidi ( GRAM - )

INDIRETTAMENTE: grazie ad un ponte di PENTAGLICINA; il gruppo aminico

dell’aminoacido bibasico di un tetrapeptide forma un legame peptidico con il gruppo

carbossilico della pentaglicina; gruppo aminico della pentaglicina forma un legame

peptidico con il gruppo carbossilico della D-alanina dell’altro tetra peptide ( GRAM + )

Nei GRAM + tutti i tetra peptidi sono legati tra loro, nei GRAM – no.

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GRAM + PARETE

Composta da moltissimo peptidoglicano ( anche 40 strati )

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Può contenere molto ACIDO TEICOICO,un polisaccaride acido composto da

GLICEROLO e RIBITOLO congiunti da gruppi fosfato

Presenta ACIDI LIPO-TEICOICI, costituiti da catene di glicerol-fosfato

Gli acidi teicoici e quelli lipo-teicoici facilitano l’assunzione di cationi ( attirati dai molti gruppi

fosfato ) , aumentano forza e elasticità della parete e sono immunogenici.

GRAM- PARETE

Più COMPLESSA di quella dei gram+

Lo strato di peptidoglicano è sottilissimo e ulteriormente circondato da Membrana Esterna

Sulla Membrana Esterna i sono dei caratteristici LIPO-POLISACCARIDI (LPS) ,

composti ciascuno da tre parti distinte:

1. Catena Laterale O oppure Antigene O: è la parte più variabile ; funge da antigene poiché

innesca la risposta dell’ospite contro i gram negativi patogeni.

2. Core o nucleo polisaccaridico: parte costante nell’ambito di un genere; attira cariche

negative sulla membrana esterna

3. Lipide A: parte che essendo idrofobica aggancia l’LPS alla membrana esterna e che è il

principio tossico dell’intera molecola LPS ( funziona da Endotossina )

Presentano PORINE sulla membrana esterna:

Sono canali che permettono il passaggio di piccole molecole

1. Si organizzano a formare dei Trimeri

2. Lasciano passare solo molecole Idrofiliche

3. ASPECIFICHE: fanno passare molecole sol in base alle loro dimensioni

4. SPECIFICHE: fanno passare 1 solo soluto o pochi soluti strutturalmente simili tra loro.

5. Se ci sono Antibiotici, la loro espressione viene diminuita affichè non li facciano entrare.

6. Sono recettori/bersagli di virus e batteriocine.

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PARETE cellulare degli ARCHEA

Risulta positiva alla colorazione di Gram

È formata da ETERO-POLISACCARIDI COMPLESSI

Quella degli archea Metanogeni presenta PSEUDO-Mureina , che a diff. della mureina

manca di D-amminoacidi e di NAM ( acido N-acetil-muramico ).

Componenti ESTERNE alla PARETE

CAPSULA:

Strato mucoso secreto dalla cellula stessa

È un fattore di virulenza

Due tipi di fattori ne determinano la formazione:

GENETICI:

diversi geni determinano e regolano la sintesi della capsula

Può essere persa per mutazione S-R;

Un ceppo acapsulato può diventare capsulato dopo assunzione di DNA da un ceppo

capsulato (esperimento di Griffith )

FENOTIPICI:

Composizione del terreno

Fase di crescita

STRATO S o S-Layer :

Formato da OMOPOLIMERI di proteine o glicoproteine

Ha struttura CRISTALLINA con diverse simmetrie

Nei GRAM- aderisce direttamente alla membrana esterna

Nei GRAM+ è all’esterno del peptidoglicano

Negli Archea è la parete stessa

Permette l’ adesione alla cellula ospite

Impedisce la fagocitosi da parte di cellule del sistema immunitario, data la scarsa idrofilia

che determina.

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FLAGELLI:

GRAM - GRAM +

Appendici filiformi che conferiscono motilità. Formati da tre parti:

1. FILAMENTO, composto da sub unità di Flagellina

2. UNCINO, composto da un solo tipo di proteina

3. CORPO BASALE

Nei GRAM – l’anello L del corpo basale è associato allo strato di lipo-polisaccaridi; l’anello P allo

strato di peptidoglicano; gli anelli S e M alla membrana interna.

Nei Gram + l’anello interno è collegato alla membrana plasmatica; quello più esterno

probabilmente è associato allo stesso strato di peptidoglicano.

La FORZA PROTON MOTRICE permette il movimento del flagello: l’attrazione tra cariche

positive e negative nella proteina MOT fa ruotare il flagello; le proteine FLI invece invertono il

senso di rotazione .

Alcuni flagelli hanno moto bidirezionale; altri no. Occorrono più di 40 geni in E. Coli per

sintetizzarli.

Le molecole di flagellina sono sintetizzate a livello dei ribosomi in prossimità della membrana e

migrano attraverso il filamento assemblandosi all’apice, aiutate nella sistemazione dalle proteine

Cap (cappuccio) (Fig. 9).

L’allungamento è quindi apicale. L’anello MS viene sintetizzato per primo, poi l’uncino ed infine il

cappuccio che guida la formazione del filamento (Fig. 10).

Le unità si aggregano spontaneamente senza l'intervento di enzimi specifici (auto-assemblaggio)

grazie alla loro polarità strutturale ( un’estremità arrotondata e l’altra incavata ).

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PILI :

Meno lunghi dei flagelli .

Formati da sub unità della proteina PILINA

Coinvolti nel trasferimento di DNA tra due batteri (coniugazione batterica).

FIMBRIE :

Più corte dei pili

Permettono l’adesione all’ospite mediante le adesine

BIOFILM

Comunità strutturata di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica autoprodotta ed adesa

ad una superficie inerte o vivente .

Nel cavo orale, solo i batteri con un efficiente meccanismo di attacco alle PRPs riescono ad aderire

alle superfici dentali restando in soluzione con la saliva e quindi a formare il BIOFILM .

La chemiotassi

I batteri mobili risultano essere attratti da certe sostanze (chemiotassi positiva) o repulsi da altre

(chemiotassi negativa). Il batterio si muove secondo gradiente cioè aumenta le capriole via via che

il gradiente di concentrazione dell'attrattivo diminuisce.

Proteine (MCP) trasferiscono il segnale agli altri componenti del sistema chemiosensibile (proteine

Che e componenti del motore del flagello).

Pochi Nutrienti > MCP è De-Metilato

MCP Demetilato > attiva CheA (fosforilazione)

CheA-P > attiva CheY (fosforilazione)

CheY – P >permette alla cellula di capovolgersi per cercare nutrienti

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ESOSPORA : è legata alla replicazione batterica, attinomiceti funghi

( cellula vegetativa> spora>cellula vegetativa)

ENDOSPORA:

La sua produzione è un DIFFERENZIAMENTO CELLULARE

Struttura quiescente generata nel batterio in condizioni inadatte alla normale replicazione.

Resiste ad alte temperature, raggi UV e agenti tossici.

SPORA:

L’endospora disidratata fuori del batterio è chiamata spora. Strutturata in 4 parti:

1. Esosporio o strato esterno: protegge dai disinfettanti

2. Tunica: spesso strato proteico che resiste all’azione delle proteasi.

3. Cortex : costituito da peptidoglicano modificato.

4. Core: contiene DNA, ribosomi, ACIDO DIPICOLINICO ( DPA) e proteine SASP :

L’acido dipicolinico complessato con ioni Ca++ consente la mineralizzazione.

Le Small Acid Soluble Proteins avvolgono il DNA e proteggono dai raggi UV.

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Le 7 fasi della SPORULAZIONE

La sporulazione involve la differenziazione di un batterio in una cellula madre che poi si

lisa e in una spora che viene rilasciata dalla cellula madre ( ossia la spora figlia non ha lo

stesso genotipo della cellula procariote da cui è nata, in quanto la sporulazione è un

processo di DIFFERENZIAMENTO )

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Differenza tra:

ENDOSPORA CELLULA VEGETATIVA

Resistenza Non resiste a calore, UV, etc.

Scarsa attività enzimatica Alta attività enzimatica

Contiene DPA e SAPS Non contiene né DPA né SAPS

_______________________________________________

CORPI di INCLUSIONE:

Contengono sostanze organiche o inorganiche

In genere non sono rivestiti; in alcuni casi sono rivestiti da una membrana diversa da quella

citoplasmatica.

GRANULI ORGANICI

Di GLICOGENO Di Poli-β-Idrossibutirrato

-Polimero del Glucosio - Unità ripetute di acido-β- idrossibutirrico

-Fonte di ENERGIA e CARBONIO -Granuli rivestiti da monostrato di fosfolipidi

Di CIANOFICINA CARBOSSISOMI

- Nei Cianobatteri - Costituiti dall’enzima carbossilasi in forma cristallina

- Depositi di AZOTO - Fissano la CO2 o fungono solo da deposito di carbossilasi

GRANULI INORGANICI

Granuli di Volutina o di Polifosfati: riserva di fosfato utile alla sintesi degli acidi

nucleici.

Globuli di Solfuro: zolfo o solfuro di idrogeno utili come riserva metabolica.

Magnetosoma: contiene cristalli di magnetite che permettono di orientarsi mei campi

magnetici.

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SECREZIONE PROTEICA dei MICRORGANISMI

Trasporta fuori della membrana ESOENZIMI per l’idrolisi di molecole non trasportabili e, nel caso

si tratti di patogeni, secerne TOSSINE ;

Il sistema più usato sia da Gram+ che da Gram - è la traslocazione Sec-Dipendente ( noto anche

come Sistema Generale di Secrezione ), che richiede energia.

1. Le proteine destinate alla secrezione sono sintetizzate come pre-proteine.

2. Le pre-proteine hanno un peptide segnale (+/ idrofobico/polare) all’estremità

N-terminale che deve riconoscere l’apparato Sec.

3. Alla pre-proteina appena sintetizzata si lega SecB, una proteina chaperone che non

fa ripiegare la pre-proteina.

4. Il canale per la secrezione è formato dal complesso di 3 proteine: SecY+ SecE+

SecG ( o Sec YEG ).

5. A SecB ( sulla pre-proteina ) si lega la SecA, che sfrutta l’idrolisi di ATP e fa

traslocare la pre-proteina fuori del canale.

6. Una volta fuori, una peptidasi del segnale rimuove il peptide segnale e la proteina si

ripiega.

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Esistono anche altri tipi di secrezione:

VIA di SECREZIONE di tipo I ( nota come Secrezione ABC ) :

1. Sec-Indipendente

2. Ubiquitaria nei procarioti.

3. Secerne Proteine tossiche, lipasi, proteasi.

4. La pre-proteina ha il peptide segnale al C-terminale

5. Nei Gram- , la traslocazione attraverso le due membrane avviene in una singola fase.

6. Usa 2 proteine-canale: TolC sulla membrana esterna e HlyD nel periplasma.

VIA di Secrezione di TIPO II:

1. Nei Gram –

2. Il sistema Sec- Dipendente trasloca la proteina attraverso la membrana plasmatica.

3. Solo allora, il sistema di tipo II si attiva e completa il processo, traslocando la proteina

attraverso la membrana esterna.

VIA di Secrezione di TIPO III:

1. Sec-indipendente

2. Nei batteri patogeni, per trasferire proteine infettanti all’ospite.

3. La secrezione è stimolata dal contatto con l’organismo ospite.

4. Ha la forma di siringa.

VIA di Secrezione di TIPO IV:

1. Trasferisce DNA durante la coniugazione batterica

2. Ha la forma di siringa, come il tipo III

3. Costituito da molte proteine diverse fra loro.

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CAPITOLO 4

SISTEMI DI TRASPORTO NEI PROCARIOTI

DIFFUSIONE SEMPLICE o PASSIVA : secondo gradiente > non

richiede energia

DIFFUSIONE FACILITATA: richiede legame transitorio e reversibile con

proteina di membrana; secondo gradiente > non richiede energia .

Avviene ad esempio per il trasporto del GLICEROLO.

TRASPORTO ATTIVO: richiede legame transitorio e reversibile con

proteina di membrana; contro gradiente > richiede energia ( idrolisi di ATP

o forza Proton Motrice):

1. SEMPLICE

2. TRASLOCAZIONE di GRUPPO

3. Sistema ABC

Nella diffusione semplice, la velocità dipende solo dal gradiente di concentrazione del soluto.

Nella diffusione facilitata e nel trasporto attivo, che sono mediati da proteine di membrana, la

velocità aumenta più velocemente anche a bassa concentrazione di soluto. Si raggiunge un plateau

quando il trasportatore è saturato (saturazione del carrier).

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TRASPORTATORE ABC

( Trasportatori ATP – Binding – Cassette )

La proteina che lega il soluto si unisce al substrato da trasportare dentro la cellula, quindi si

avvicina al complesso del trasportatore ABC. La proteina che lega il soluto prende contatto col

trasportatore e rilascia la molecola di substrato, il cui passaggio attraverso la membrana è sostenuto

energicamente dall’idrolisi dell’ATP.

GRAM - : le proteine che legano il substrato sono periplasmatiche, ossia si trovano nello spazio

periplasmatico

GRAM + : le proteine che legano il substrato sono associate alla membrana.

TRASLOCAZIONE di GRUPPO

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Uno dei sistemi di trasporto di gruppo più conosciuti è il PTS ( Sistema della Fosfo-Transferasi ) ,

che trasporta tutta una varietà di zuccheri dentro la cellula. È un sistema a cui prendono parte due

diversi tipi di proteine:

1. Proteine NON SPECIFICHE : all’interno, che trasportano il fosfato donato dal PEP

( fosf- enol- piruvato ).

2. Proteine SPECIFICHE : inserite nella membrana, che riconoscono gli zuccheri specifici per

loro.

Quando il fosfato arriva all’enzima specifico Ilc sulla membrana, tale enzima lo aggiunge allo

zucchero che entra così all’interno della cellula ( lo zucchero viene così fosforilato e trasportato )

___________________________________

Distinguiamo i terreni di coltura in base:

ALLO STATO FISICO:

Terreno liquido:

1. ES: brodo di coltura

2. favorisce la crescita dei batteri in un campione clinico

Terreno solido : mediante aggiunta di agar

1. ES: Agar Sangue; Agar Sale Mannite

2. permette l’isolamento della colonia e di studiare la morfologia della colonia stessa.

ALLA COMPOSIZIONE CHIMICA:

Terreni minimi o sintetici: Tutti i componenti e le loro concentrazioni sono note

Terreni complessi: contengono ingredienti (peptoni e agar ) con composizione o concentazione non

nota.

1. PEPTONI: idrolisati proteici che derivano dalla parziale digestione di carne,caseina etc.

2. AGAR: polisaccaride estratto dalle alghe rosse usato epr solidificare il terreno.

ALLA FUNZIONE:

Terreni generali per ogni scopo: sostengono la crescita di molti microrganismi

Terreni selettivi: sostengono la crescita di alcuni microrganismi e inibiscono quella di altri.

Terreni di arricchimento: terreni generali arricchiti con sangue o altro. La specie microbica di

interesse cresce in un tempo assai più breve rispetto alle altre specie microbiche.

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CAPITOLO 5

Ossigeno, Temperatura, pH e attività H2O influenzano la crescita batterica

ANAEROBI TOLLERANTI: tollerano l’O2 ma producono comunque l’energia tramite

fermentazione

ANAEROBI OBBLIGATI: O2 è dannoso o fatale.

AEROBI STRETTI: l’O2 è indispensabile alla crescita

AEROBI FACOLTATIVI: O2 non indispensabile, ma facilita la crescita.

MICROAEROFILI: O2 richiesto ma in concentrazione inferiore a quella atmosferica.

ACIDOFILI: ph da 0 a 6

NEUTROFILI: ph a 7

ALCALOFILI: ph da 8 a 14

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COLORANTI

COLORANTI BASICI: hanno carica positiva ( es: crisalvioletto, blu di metilene,…)

COLORANTI ACIDI: hanno carica negativa ( es: eosina, fucsina acida,… )

Colorazione semplice: usa un solo colorante

Colorazione complessa:usa due coloranti

La Colorazione di Gram è una colorazione DIFFERENZIALE, in cui vengono usati più coloranti

intempi successivi, che permette di distinguere tra le diverse specie batteriche e di individuare

particolari strutture intracellulari:

-Colorazione dello striscio con il cristalvioletto, un colorante basico.

-Aggiunta di una soluzione di iodio, che aumenta l’interazione fra il colorante e la cellula.

-Lavaggio/risciacquo con etanolo o acetone

-Dopo il lavaggio, i Gram+ trattengono comunque il colorante e quindi sono violetti. I Gram –

invece sono rossi.

______________________________________

CURVA DI CRESCITA BATTERICA

FASE di LATENZA: la velocità di crescita è 0; i microrganismi si adattano al terreno di coltura.

FASE ESPONENZIALE: i batteri crescono alla massima velocità possibile ( tale velocità dipemde

da fattori genetici e ambientali )

FASE STAZIONARIA: la velocità di crecita è 0, data la mancanza di nutrienti nel terreno.

FASE di MORTE: i batteri muoiono e il loro numero si dimezza ad intervalli di tempo regolari.

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Quante cellule sono presenti in piastra alla fine di un certo tempo di crescita?

N finale = N iniziale x 2ⁿ ( n = numero di generazioni )

Quale è il numero di generazioni n ?

n = log(N) - log(NO) N0= N iniziale di cellule

0,301

Quanto è il tempo di generazione g ?

g = t/n t = ore o minuti di crescita esponenziale

n = numero di generazioni

Quindi la velocità di crescita V sarà :

V = n / t

Ricorda : logaritmo di 10 alla 6 è uguale a 6.

_______________________________________________

CAPITOLO 6

Sterilizzazione: eliminazione di tutte le cellule microbiche

Disinfezione : eliminazione dei soli microrganismi patogeni.

Sanificazione : riduzione della popolazione microbica a livelli ritenuti sicuri.

Agenti –cidi : uccidono ( battericida )

Agenti –statici : inibiscono la crescita ( batteriostatico )

Metodi di controllo FISICI

Calore:

TDP ( thermal death point ) : temperatura più bassa capace di uccidere in 10 minuti

TDT (thermal death time ) : minor tempo necessario per uccidere ad una determinata temperatura

Filtrazione:

si fanno passare attraverso filtri con pori di diametro inferiore a quello dei più piccoli batteri.

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Radiazioni:

i raggi ultravioletti determinano mutazioni degli acidi nucleici

Metodi di controllo CHIMICI

Fenoli: usati come disinfettanti, denaturano le proteine e distruggono le membrane.

Alcool: inattiva alcuni virus ed è battericida ( ma non sporicida )

Iodina : ad alte concentrazioni uccide le spore

Clorina: ossida i costituenti cellulari

Metalli pesanti (arsenico, argento) : si combinano con le proteine e le inattivano

Ossido di Etilene : blocca le attività enzimatiche

Pastorizzazione: usata per prolungare la conservazione di latte e vino, in quanto uccide una parte

dei microrganismi responsabili del deterioramento senza raggiungere la temperatura di ebollizione.

CLASSIFICAZIONE dei FARMACI ANTIBATTERICI

Modalità d’ azione : Batteriostatici, battericidi e batteriolitici

Spettro d’azione : Ampio o Ristretto

Origine : Antibiotici , Chemioterapici e Chemioantibiotici

Sito d’azione:

Antibiotici che inibiscono la SINTESI PROTEICA

Ammino- glicosidici ( neo-micina, strepto-micina, genta-micina )

Tetracicline ( cloro-tetraciclina e doxi-cilina )

Macro- lidici ( erito- micina )

Cloram-fenicolo

Page 22: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 22 -

Antibiotici che inibiscono la SINTESI degli Acidi NUCLEICI

Mito- micina C ( novo –biocina )

Strepto-Varicina

Actino – micina

Antibiotici che inibiscono la Sintesi della PARETE BATTERICA

Ciclo-serina

Vanco-micina

Baci-tracina

β-lattamici ( penicilline e cefalosporine )

Antibiotici che impediscono le funzione della membrana plasmatica.

La resistenza dei batteri può essere:

1. Naturale: intrinseca del batterio

2. Fenotipica: momentanea e dovuta a particolari condizioni ambientali o alla fase di crescita

3. Acquisita: il batterio diventa resistente in un secondo momento.

Ecco alcuni meccanismi di resistenza ad un antibiotico che i batteri possono attuare:

1. Assenza del bersaglio dell’antibiotico.

2. Modifica del sito d’attacco dell’antibiotico

3. Produzione di enzimi che inattivano l’antibiotico ( ad esempio la β-lattamasi inattiva gli

antibiotici β-lattamici come la penicillina ).

4. Riduzione dei canali d’entrata dell’antibiotico o sintesi di pompe di efflusso che lo espellono

quando entra nel batterio.

5. Creazione di una via metabolica alternativa a quella bloccata dall’antibiotico.

L’ ACQUISIZIONE della RESISTENZA ad un antibiotico può derivare:

Da una mutazione spontanea del cromosoma batterico; poi solo i batteri che hanno questa

mutazione spontanea sopravvivono all’antibiotico e quindi si moltiplicano.

Da uno scambio di geni localizzati sul plasmide extracromosomico. Durante la coniugazione

due batteri anche di specie diversa si scambiano il plasmide con la resistenza e la

acquisiscono a loro volta.

__________________________________________

Filogenesi dei Microrganismi

BACTERIA si dividono in

1. Cianobatteri

2. Proteobatteri

Page 23: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 23 -

3. Gram +

I ciano batteri

Sono tutti Gram – e fototrofi

Svolgono la Fotosintesi Ossigenica con un sistema smile a quello eucaristico

Alcune specie sono capaci di fissare l’azoto atmosferico grazie a cellule specializzate

chiamate ETEROCISTI

In alcune specie ci sono i Granuli di Cianoficina, riserve di azoto ed energia

Si dividono in:

1. Unicellulari a scissione binaria

2. Unicellulari a scissione multipla ( coloniali )

3. Filamentosi

Quelli filamentosi si organizzano in Tricomi, lunghi aggregati di cellule in stretto contatto

tra loro e tutte immerse nella medesima guaina gelatinosa. Le forme coloniali possono

moltiplicarsi per frammentazione, cioè direttamente per separazione di gruppi cellulari

chiamati ORMOGONI dalla colonia madre, o per sporulazione, cioè per formazione di

spore durevoli resistenti alla siccità, chiamate Acinete.

Gli ORMOGONI favoriscono la dispersione della specie nell’ambiente e a differenza della colonia

madre :

Non possono fissare l’azoto

Sono dotati di motilità per strisciamento

Mostrano fototassi positiva ( gli organismi si dirigono verso la luce )

Page 24: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 24 -

Proteobatteri ( gram - ) α- proteobatteri

1. Batteri purpurei non sulfurei:

- Sono foto-eterotrofi-anossigenici ( di solito anaerobi )

- Al buio crescono in aerobiosi ( chemio-organo-eterotrofi )

- Crescono in laghi e stagni

- Producono le CISTI, cellule quiescenti resistenti alla disidratazione

β- proteobatteri

1. Batteri Chemiolitotrofi:

- Batteri NITRIFICANTI : trasformano l’ammoniaca prima in Nitrito poi in Nitrato

- SOLFObatteri e FERRObatteri : usano composti dello S ( come donatore di elettroni ) e

Ferro ferroso.

- IDROGENO batteri : usano H2 come unico donatore di elettroni e O2 come accettore

2. Batteri METOFILI ( usano molecole con un solo atomo di Carbonio )

- METILofili: Non utilizzano il metano ( aerobi )

- METANo fili : Utilizzano anche il metano grazie all’enzima metano monossigenasi

( aerobi obbligati )

γ- proteobatteri

1. Ordine Pseudo-monadales

- importanti per il BIORISANAMENTO ( degradano sostanze xeno biotiche )

- Fanno l’ossidazione incompleta di zuccheri e alcoli ad acidi, es: Etanolo > Acido acetico

2. Ordine Rhizobiaceae

- Sono microrganismi del suolo

I ) Il genere Agrobacterium Tumefasciens è un patogeno vegetale : possiedono il Plasmide Ti

che lo rendono virulento, infatti trasforma le cellule vegetali in cellule tumorali.

Page 25: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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Il Plasmide Ti ( Tumor inducing ) possiede la regione T-DNA ( dna transfer ) formata da geni:

- onc (oncogeni , per la produzione di CITOCHINE che provocano la formazione dei tumori)

- ops ( per la sintesi delle opine, prodotte dalle cellule vegetali trasformate e utilizzate dal

batterio) .

La T-DNA è l’unica regione del plasmide che viene trasferita nel nucleo delle cellule della

pianta.

II ) il genere Rhizobium ( batteri che fissano l’azoto atmosferico ) vive in simbiosi con le radici

delle leguminose, formando NODULI all’interno dei quali i batteri sono in grado di fissare l’azoto;

Posseggono i grandi plasmidi Sym, con:

geni nod (per la produzione dei Fattori Nod )

geni nif ( per la fissazione dell’azoto )

geni per la specificità dell’ospite

Fasi della formazione dei noduli:

Le radici producono FLAVONOIDI che attirano i batteri

In risposta, i batteri producono FATTORI Nod

I fattori Nod determinano l’incurvamento dei peli radicali verso i batteri.

I batteri Rhizobium creano un canale d’infezione nei peli radicali e penetrano nelle cellule

corticali.

I batteri nella corticale diventano batteroidi ( 10 volte più grandi, non si dividono e

cominciano la fissazione )

I fattori Nod provocano la moltiplicazione delle cellule corticali infettate e la formazione del

NODULO.

Inducono anche la formazione di leg-emoglobina, che mantiene basso il livello

dell’ossigeno dato che l’ossigeno inattiva la nitrogenasi.

3. Enterobatteri ( sono anaerobi facoltativi: in assenza di O2 fanno fermentazione acido-

mista o butandiolica, in presenza di O2 invece respiratorio )

Page 26: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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Genere ESCHERICHIA:

- In maggioranza non patogeni

- Abitano il tratto gastrointestinale

- Il lipide A può essere tossico e avere effetto pirogeno ( aumento della temperatura ); è un

esempio di endotossina.

Generi SALMONELLA, SHIGELLA e PROTEUS :

- In maggioranza patogeni.

- Gastroenterite, dissenteria, infezione delle vie urinarie

- Il genere Proteus ha una elevata motilità ( chiamata SCIAMATURA) grazie a flagelli

peritrichi; le cellule ai bordi della colonia sono più mobili di quelle al centro

Genere VIBRIO:

- Vibrio Cholerae: patogeno, produce l’enterotossina colerica ( un’altra esotossina,in quanto

secreto all’esterno della cellula. La tossina colerica e formata da 6 subunità:

1 subunità A : viene tagliata; la sua subunità tossica A1 entra nell’ospite e ne modifica un

enzima, l’adenilato ciclasi. Tale modifica porta la diarrea.

5 subunità B: permettono l’adesione al ganglioside GM1 sulla superficie della cellula

eucariotica

- Vibrio Fisheri : batterio bioluminescente, contiene LUCIFERASI.

APPLICAZIONI BIOTECNOLOGICHE

Patata T4 : grazie a un vettore T ingegnerizzato alla Patata Wilde Type viene aggiunto il gene che

le permetterà poi di produrre il lisozima del fago T4; tale lisozima viene secreto dalle radici e

uccide parte dei batteri patogeni che si trovano vicino alle radici stesse.

La conta dei batteri morti vicino alle radici è possibile grazie a due coloranti:

Colorante VERDE : penetra in tutte le cellule, vitali e non.

Colorante ROSSO: penetra solo nelle cellule con le membrane non intatte.

4. Batteri solfato e zolfo-riduttori: producono H2S

Donatori: composto ORGANICI oppure H2

Accettori : solfato o zolfo elementare

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5. Proteobatteri Azoto-fissatori:

Sono SIMBIONTI ( Rhizobium ) di piante oppure LIBERI ( ciano batteri, enterobacter, … )

Di solito le piante prendono l’azoto ( N ) dal suolo e quindi tale suolo va fertilizzato. Ma se al

terreno aggiungiamo i batteri benefici azoto-fissatori, che appunto fissano l’azoto nel terreno

grazie al loro enzima NITROGENASI, non ci sarà bisogno di concimare.

AZOTO – FISSAZIONE

Azoto atmosferico inorganico> ridotto ad ammonio > convertito in forma organica

Fissazione INDUSTRIALE: Alta temperatura, Alta pressione, Bassa resa, Alto Inquinamento

Fissazione BIOLOGICA: Temperatura standard, Pressione normale, Ottima resa, Naturale

La Riduzione Assimilativa dell’Azoto è operata dall’enzima NITROGENASI e gli elettroni

necessari vengono forniti dalla FERREDOSSINA ridotta.

Nitrogenasi , formata da due proteine indispensabili e distinte:

la dinitrogenasi riduttasi, una ferro-proteina formata da due subunità identiche contenenti

4 atomi di Fe e 4 di S

la dinitrogenasi, una molibdo-ferro-proteina

La nitrogenasi è inattivata da O2 e perciò è diffusa in organismi ANAEROBI, infatti:

- i batteri aerobi che fissano l’azoto riescono a mantenere basso il livello di O2 nella cellula

grazie ad una attività respiratoria intensa.

- i ciano batteri fissano l’azoto solo in particolari cellule ( eterocisti ) prive di ossigeno

- nei batteri simbionti delle leguminose ( che anche fissano l’azoto ) l’ossigeno viene legato

dalla leg-emoglobina, che ne mantiene bassa la concentrazione.

I batteri GRAM +

A basso contenuto in GC:

NON SPORIGENI

1) Batteri lattici : capaci di fermentazione omolattica o etero lattica; importanti come

probiotici e per le fermentazioni alimentari

2) Staphilococcus Aureus: pigmentato e patogeno, causa meningiti e infezioni polmonari

Page 28: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 28 -

3) Staphilococcus Epidermidis: non pigmentato e non patogeno, normale associato di cute e

mucose

4) Deinococcus: pur se gram+ hanno una membrana esterna che manca di lipide A, ricchi

di pigmenti ( carotenoidi ) e molto resistenti a raggi γ e raggi UV

SPORIGENI

Genere BACILLUS ( aerobi )

1) B. Thurigensis : produce tossine sotto forma di cristalli ( formano il CORPO

PARASPORALE ) all’esterno della spora che sono tossiche per le larve di molti insetti ( è

un vero e proprio insetticida naturale ). Tali tossine sono codificate da numerosi geni cry

portati da grandi plasmidi. Sono state già prodotte piante transgeniche che esprimomo i geni

cry.

2) B. Anthrax : batterio sporigeno di grandi dimensioni, geneticamente e fenotipicamente

simile a B. Thurigensis; patogenicità dovuta alla formazione di una capsula ( geni sul

plasmide pX02 ) e alla produzione di una tossina costituita da più componenti ( geni sul

plasmide pX01 ). L’antrace colpisce essenzialmente gli animali erbivori.

Genere CLOSTRIDIUM

( anaerobi , mancano del sistema dei citocromi e di catena di trasporto degli elettroni. Ottengono

ATP soltanto per fosforilazione a livello del substrato. Alcune specie (C. acetobutylicum)

producono butanolo e acetone con un processo detto di solvento-genesi. )

1) C. Botulinum : Responsabile del botulismo. Le spore presenti negli alimenti conservati

possono germinare e poi produrre una esotossina neurotossica che blocca il rilascio di

acetil-colina dai motoneuroni stimolatori: inibizione della contrazione muscolare (paralisi

flaccida e morte per soffocamento )

2) C. Tetani : si trasmette attraverso le ferite cutanee. Le endospore possono germinare e

produrre cellule vegetative, la cui lisi libera delle potenti neurotossine che blocca il rilascio

di glicina dagli interneuroni inibitori: rilascio continuo di acetilcolina dai neuroni

stimolatori e contrazione muscolare continua (paralisi spastica e morte per soffocamento ).

PRIVI di PARETE

Micoplasmi : privi di parete.

Microrganismi Cellulolitici:

Capaci di digerire la cellulosa. Vivono in diversi habitat ma anche nel sistema digerente di

insetti e nel rumine degli erbivori. La cellulosa è un polimero molto stabile costituito da residui

di glucosio ruotati di 180° rispetto a quello adiacente formando l’unità ripetuta di

CELLOBIOSIO. Le catene formano fibrille disposte parallelamente difficili da degradare.

Page 29: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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Componente strutturale: Cip (Cellulosome integrating protein) o SCAFFOLD

Componente catalitica: costituita da numerosi enzimi associati alla Scaffold mediante DOCKERIN

DOMAINS

Ad ALTO contenuto in GC:

FILAMENTOSI

I ) Attinomiceti : Producono filamenti ramificati detti IFE che formano un MICELIO; Gli

attinomiceti filamentosi, prevalentemente del genere Streptomyces, producono un composto

detto geosmina che conferisce il caratteristico odore al terreno. Nel micelio aereo si formano

delle spore: La proteina ftsZ forma degli anelli all’interno dell’ifa vegetativa (che sono i

precursori dei setti che divideranno poi le spore) . Queste prespore diventano spore ovali, dalla

parete spessa all’interno delle quali si accumula un pigmento tipico del micelio maturo.

Gli STREPTOMICETI sono un genere particolarmente importante:

Svolgono un ruolo importante nei processi di mineralizzazione

Degradano sostanze resistenti come la lignina, la pectina, la cheratina, il lattice.

Producono la maggior parte degli antibiotici di interesse medico

Principali differenze tra Eubatteri ed Archea

• membrana plasmatica (monostratificata, legami etere e non estere)

• parete cellulare (pseudomureina, proteica, glicoproteica o assente)

• ribosomi (70S ma insensibili a tossina difterica ed antibiotici aminoglicosidici)

• meccanismo di replicazione del DNA (enzimi coinvolti simili a quelli eucariotici)

• presenza di proteine istoniche

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• meccanismo di trascrizione (enzimi simili a quelli eucariotici riconoscono una “TATA

box”)

• inizio sintesi proteica (l’aminoacido iniziatore è la Met e non la fMet)

Principali similitudini tra Eubatteri ed Archea

• assenza di un nucleo morfologicamente definito

• cromosoma unico e circolare

• geni organizzati in operoni

• variabilità metabolica (litotrofia, riduzione di S0, fissazione dell’azoto)

• formazione di vescicole gassose e granuli di carbonio di riserva

Principali gruppi di ARCHEBATTERI

Metanogeni:

Solfatoriduttori

Alofili

Privi di parete

Termofili estremi

TRASFERIMENTO di DNA

Trasformazione Trasduzione

Coniugazione

il DNA del donatore e’ libero nell’ambienteil DNA del donatore si trasferisce

grazie alla mediazione di un virus

il traferimento coinvolge il contattocellula-cellula e un plasmideconiugativo della cellula donatrice

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Trasferimento Genico VERTICALE: Eredità di un gene dal progenitore

Trasferimento genico ORIZONTALE: Scambio di DNA tra batteri contemporanei

Il trasferimento genico orizzontale permette l’ ACQUISIZIONE DI NUOVE FUNZIONI :

• METABOLICHE

• RESISTENZA ANTIBIOTICA

• INFETTIVITA’

TRASFORMAZIONE

Processo in cui DNA libero viene incorporato in una cellula ricevente, integrato nel

cromosoma nella corrispondente regione omologa e stabilmente ereditato con le divisioni

cellulari

COMPETENZA : Capacita’ dei batteri di assumere DNA dall’ambiente esterno ( può essere

NATURALE O ACQUISITA)

Nei batteri Gram negativi ogni individuo di una popolazione sviluppa la competenza

indipendentemente :

Neisseria Gonorrhoeae: La competenza è costitutiva. Quasi tutte le cellule di una coltura sono

competenti e non c’è nessuna relazione con la fase di crescita

Haemophilus influenzae: La competenza è indotta da condizioni che inibiscono la crescita

Nei batteri Gram positivi lo sviluppo della competenza è regolato da uno scambio di messaggi

chimici (feromoni) tra le cellule di una popolazione : QUORUM SENSING

Streptococcus pneumoniae : La competenza è controllata da un ferormone di 17 aa. In fase

esponenziale diventano competenti quando il feromone raggiunge una concentrazione critica

(quorum sensing). Il 100% delle cellule possono diventare competenti per pochi minuti.

Bacillus subtilis : La concentrazione critica di almeno due feromoni attiva la competenza in tarda

fase esponenziale o inizio di fase stazionaria. Solo il 20% dei batteri diventano competenti.

Trasformazione artificiale:

1. Metodo del CaCl2 (metodi chimici)

Il trattamento dei batteri con soluzioni fredde di ioni bivalenti lascia entrare DNA nudo.

L’efficienza non è molto alta, ma sufficiente.

2. Elettroporazione (metodi fisici)

La presenza di un campo elettrico destabilizza le membrane dei batteri, inducendo la formazione di

pori transienti del diametro di alcuni nanometri. Le molecole di DNA passano attraverso questi pori

Efficienza di trasformazione alta: più dell’80% delle cellule assume DNA.

Page 32: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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L’efficienza di trasformazione diminuisce con l’aumentare delle dimensioni del DNA ESOGENO

che vogliamo introdurre

TRASDUZIONE

Generalizzata: Qualunque frammento di genoma dell’ospite può entrare a far parte della

particella virale ( preceduto dal ciclo LITICO del virus )

Specializzata: Solo specifiche regioni del genoma dell’ospite possono inserirsi nella particella

virale. ( preceduto dal ciclo LISOGENO del virus )

Page 33: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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Tale processo avviene solo in seguito ad una escissione impropria del profago ( PROFAGO è

chiamato il genoma virale una volta integrato nel cromosoma batterico ). Quando si scinde dal

cromosoma del batterio, il genoma del fago porta con se porzioni del genoma batterico.

Nell’esempio, dopo l’induzione, il genoma del fago λ porta con sé il gene gal+ che prima

apparteneva al cromosoma batterico. In più il nuovo genoma del fago è d= difettivo,

ossia non può generare fagi maturi in un’infezione successiva , dato che ha lasciato parte del

proprio genoma sul cromosoma batterico ( spazio ora occupato dal gene gal + )

CONIUGAZIONE

Il batterio donatore ha un plasmide ( lo chiameremo batterio F + ) e il ricevente non lo ha

( batterio F- ).

Il fattore F è un PLASMIDE

Molecola di DNA a doppia elica, circolare

Circa 100 kbp

Replica in modo autonomo dal cromosoma

- origine di replicazione “vegetativa”(oriT)

Contiene geni

- per la propria replicazione (inc e rep)

- per costruire il “pilus sessuale” e per “coniugare” (regione tra)

- trasposoni

E’ il prototipo di una lunga lista di plasmidi coniugativi e non

trovati sia in E. coli che in altre specie batteriche

IS3

IS3

IS2

inc, reporiT

A

L

E

B

C

FH

G S D I

F

J

K

94 Kb

Altri tipi di batteri: Hfr , F’ , Merizigote ( o diploide parziale )

Page 34: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 34 -

- MICROBIOLOGIA APPLICATA –

SOSTANZECHIMICHE

AEROBICA:Accettore finale O2

ANAEROBICA:Accettore finale

DIVERSO dall’ O2:composto inorganico

ossidato

Fonte di energia:

Accettore finale :

FERMENTAZIONE

composto organico

RESPIRAZIONE

composto inorganico

FOTOTROFI

FONTE di CARBONIO

RESPIRAZIONE ANAEROBICA: usa qualunque ossidante inorganico tranne l’O2

Page 35: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 35 -

accettore finale diverso dall’O2 = composti con minore tendenza ad accettare elettroni = composti

che hanno un potenziale di riduzione più basso dell’ossigeno = la respirazione anaerobica è meno

efficiente di quella aerobica

ACCETTORE DI

ELETTRONI

NOME DEL PROCESSO

O2 H2O RESPIRAZIONE AEROBIA

NO3 NO2, NH3 or N2 Respirazione anaerobia: Bacillus, Pseudomonas

denitrificazione

SO4 S or H2S Respirazione anaerobia : Desulfovibrio

Riduzione solfati

fumarato succinato respirazione anaerobia : E.Coli

con accettore organico di e-

CO2 CH4 METANOGENESI Archea

RIDUZIONE di

NO3-

SO42-

CO2

NH2 gruppo amminico

SH gruppo sulfidrilico

Carbonio organico

FONTI DI N, S, CACCETTORI DI ELETTRONI

PER LA PRODUZIONE

DI ENERGIA

METABOLISMO ASSIMILATIVO

prodotti convertiti in

macromolecole cellulari

METABOLISMO DISSIMILATIVO

Prodotti secreti nell’ambiente

TIPICAMENTE

BATTERICO

Page 36: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 36 -

La RIDUZIONE del NITRATO avviene in diverse tappe:

Membrana citoplasmatica e periplasma

Gli ultimi 3 sono prodotti gassosi della dissimilativa vengono facilmente allontanati dall’ambiente;

per tale motivo il processo viene chiamato DENITRIFICAZIONE

RIDUZIONE DISSIMILATIVA DEL SOLFATO

Lo ione solfato è stabile e non può essere ridotto senza essere prima essere attivato attraverso

l’ATP. L’enzima ATP sulfurilasi catalizza l’attacco del solfato ad un fosfato dell’ATP formando

l’ APS (ADENOSINA FOSFO SOLFATO)

Page 37: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 37 -

RIDUZIONE DELLA CO2

ASSIMILATIVA DISSIMILATIVA

C ORGANICO

(batteri autotrofi, piante)

Metanogeni

METANOGENESI

Omoacetogeni

ACETOGENESI

Principale prodotto del

metabolismo dei

chemiorganotrofi Aerobi!!!

(glucosio + O2 > CO2 + H2O

Anaerobi stretti

La metanogenesi ha un’importanza ecologica ( degradazione reflui ) e PRATICA ( metano è un

combustibile non inquinante e fonte di energia)

I chemiolitotrofi possono essere divisi in 4 gruppi, in base al composto inorganico ossidato:

IDROGENO- BATTERI (H2): utilizzano H2 come unico donatore di elettroni

SOLFOBATTERI : i donatori più comuni di elettroni sono:

-H2S solfuro di idrogeno

-S0 zolfo elementare

-S2 O3- tiosolfato

Il prodotto finale di ossidazione più comune è il solfato:

A partire da Zolfo elementare si osserva la formazione di solfito che successivamente può

essere ossidato a solfato secondo due meccanismi:

1) Attraverso l’enzima solfito ossidasi che trasferisce gli e- al citocromoC

con produzione di ATP

2) Attraverso la formazione di APS ad opera della adenosina fosfosolfato (APS) reduttasi

BATTERI NITRIFICANTI: alcuni microrganismi sono in grado di utilizzare l’azoto

atmosferico, riducendolo ad ammonio che poi viene convertito in forma organica. L’enzima

che compie questo processo è la NITROGENASI

BATTERI OSSIDANTI DEI METALLI: utilizzano ioni ferrosi come DONATORi di

elettroni

Page 38: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

- 38 -

Organismi FOTOTROFI ( luce come fonte di energia )

Nei Procarioti i cloroplasti sono assenti, i pigmenti fotosintetici sono localizzati in sistemi di

membrane formate:

1 - dalla invaginazione della membrana citoplsmatica (batteri rossi o purpurei)

2 – dalla stessa membrana citoplasmatica

3 – strutture specializzate : CLOROSOMI (batteri verdi)

4 – dalle membrane dei TILACOIDI (CIANOBATTERI)

Posseggono diversi pigmenti coinvolti nella cattura della luce: CAROTENOIDI ( agenti foto

protettivi ,assorbono luce nella regione del blu ) e FICOBILINE.

FOTOSINTESI OSSIGENICA: Produce Ossigeno

FOTOSINTESI ANOSSIGENICA: Non Produce Ossigeno

FLUSSO di ELETTRONI nella FOTOSINTESI ANOSSIGENICA

I ) L’energia luminosa trasforma un debole donatore di e- in un forte donatore di e-.

II ) A seguito si verificano reazioni simili a quelle della catena di trasporto della respirazione per

tornare alla fine al centro di reazione.

III ) A differenza della respirazione non c’è immissione o consumo di e-, questi si spostano

all’interno di un sistema chiuso: FOTOFOSFORILAZIONE CICLICA

IV) C’è un solo fotosistema

Durante il trasporto si forma un gradiente protonico dovuto alla estrusione di protoni, l’ATP

viene prodotta dalla ATP sintetasi.

La serie di reazioni termina quando il citocromo c2 trasferisce di nuovo gli e- alle

batterioclorofille riportandole al loro potenziale originale. Il centro di reazione è in grado di

ripetere il processo.

Page 39: Microbiologia - Fac. Biotecnologie

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FLUSSO di ELETTRONI nella FOTOSINTESI OSSIGENICA

I ) Due reazioni fotochimiche distinte anche se interconnesse

II )Questi organismi utilizzano la luce per produrre sia ATP che NADPH

III) Gli e- necessari per la sintesi di NADPH derivano dalla fotolisi di H2O in ossigeno e

idrogenioni

IV) è il Ciclo di Calvin: dall’incorporazione di 6 molecole di CO2, viene prodotta una molecola

di fruttosio-6-fosfato.

Questo ciclo richiede:

-NAD(P)H

-ATP

2 enzimi chiave:

- RIBULOSIO DIFOSFATO CARBOSSILASI ( RubisCo )

- FOSFORIBULOCHINASI