1- Caratteristiche della cellula batterica Sruttura – componenti essenziali ( nucleo citoplasma , membrana citoplasmatica parete cellulare ) e facoltativi ( pili ,fagelli ,capsula e spora) Caratteristiche dei Gram+ e Gram-

2-Come crescono i batteri di quali componenti hanno bisogno per crescere come si contano e come li possiamo identificare

3-Come possono scambiarsi materiale genetico

(coniugazione, trasformazione , trasduzione)

4-Quali sono i fattori di virulenza

Genetica dei batteri

Genetica dei batteri

Scambio genetico tra batteri:

• Trasformazione.

• Trasduzione.

• Coniugazione.

Caratteristiche comuni dei 3 processi di scambio genetico:

a) Solo una parte del cromosoma viene trasferita.

b) La trasmissione è unidirezionale.

c) La parte trasferita non è dotata di replica autonoma

(tranne nel caso il cui il trasferimento interessa un plasmide

coniugativo).

Genetica dei batteri

Trasformazione:

• E’ il trasferimento di informazioni genetiche per mezzo di DNA extracellulare.

• Morte cellulare --> rilascio di DNA --> DNA che penetra nella cellula ricevente -Adsorbimento--> Incorporazione--> Ricombinazione nel cromosoma della cellula--> Acquisizione di nuovi caratteri da parte della cellula ricevente.

Genetica dei batteri

Trasformazione:

• Esperimento di Griffith : 1928

• Streptococcus pneumoniae

• Patogenicità legata alla capsula polisaccaridica .

- Colonie liscie presenza di capsula S.

- Colonie rugose assenza di capsula R.

Trasformazione:

• I batteri morti di tipo S contengono una sostanza che Griffith chiamò principio trasformante capace di trasformare in virulenti e di tipo S i batteri di tipo R.

• 1944: Avery, Mac leod in vitro in provetta dimostrarono che il principio trasformante non era altro che il DNA.

1953:James Watson e Francis Crick scoprono la

struttura del DNA

Genetica dei batteri

Trasformazione:

La cellula ricevente è in grado di ricevere il DNA in uno stato fisiologico detto competenza.

a) Interazione con un recettore.

b) Adsorbimento, incorporazione.

c) Integrazione del DNA.

La trasformazione è uno strumento rilevante nelle biotecnologie.

Genetica dei batteri1) Sviluppo dello stato di competenza:La cellula libera nell’ambiente la proteina detta “ fattore di

competenza”.

a) Interazione con appositi recettori di superficie della cellula che produce il fattore.

b) Sintesi di un autolisina che digerisce parte della parete cellulare esponendo la membrana in cui si espongono

alcune proteine come:

la proteina DNA- binding ed una nucleasi specifica.

Genetica dei batteri

2) Trasformazione:

a) Frammenti di DNA bicatenario presenti nell’ambiente si legano alle proteine DNA- binding.

b) Un filamento viene digerito dalla nucleasi specifica.

c) Il filamento residuo, complessato ad alcune proteine specifiche ed introdotto nella cellula dove per analogia di basi si integra nel genoma batterico,spiazzando un parte dei due filamenti della molecola originaria.

Genetica dei batteri• TRASDUZIONE

• I batteri possono essere parassitati da virus(FAGI=acido nucleico in un contenitore proteico)

• i l contenitore proteico media la penetrazione nella cellula bersaglio del DNA . Quando questo si replica da luogo a un CICLO LITICO con uccisione della cellula e produzione di FAGI

• Quando Il DNA si integra nel genoma della cellula ospite ( profago) e rimane silente il CICLO si chiamaLISOGENO

Trasduzione

• Il trasferimento genetico di DNA tra batteri mediato da fagi (virus batterici).

Virologia generale

• Simmetria binaria:

• è la simmetria dei fagi

• ( virus batterici).

Struttura e composizione del fago

• Composizione

– Acido nucleico• Grandezza del

genoma

• Basi modificate

– Proteine• Protezione

• Infezione Coda

Fibre della

coda

Piastra

basale

Capside o

Testa

Sistema

contrattile

Genetica dei batteri

• Il fago che ha un ciclo litico puo’ dar luogo a una trasduzione generalizzata

• Il fago che ha un ciclo lisogeno puo’ dare luogo a una trasduzione specializzata

Genetica dei batteri

• La trasduzione può avvenire secondo 2 modalità :

• Trasduzione generalizzata,

• Trasduzione specializzata

Traduzione generalizzata

• Durante la replica del fago nel DNA fagico (durante il ciclo litico) possono essere impacchettati frammenti di DNA batterico

• Quest i fagi spesso iniettano tale DNA in altre cellule batteriche

Trasduzione specializzata:

• Il profago si può distaccare dal genoma batterico,iniziare la sua replica e dare origine al ciclo litico.

• Distacco del DNA virale dal DNA batterico può avvenire in modo errato con asportazione di porzioni adiacenti di DNA batterico,lasciando porzioni della stessa lunghezza di genoma fagico ( FAGI DIFETTIVI che difficilmente danno luogo a un ciclo litico)

• Si chiama specializzata perche’ trasferisce solo una parte definita di DNA della cellula batterica

Trasduzione specializzata:

• I fagi della progenie virale hanno una porzione di DNA batterico che verrà trasportata passivamente in una nuova cellula

• Comparsa di un nuovo carattere del batterio donatore.

• Sono trasferiti i frammenti del cromosoma batterico sempre derivanti da regioni adiacenti al sito d’inserzione tipico del profago (Trasduzione specializzata).

Due tipi di infezione:

•Ciclo litico: infezione con fagi litici e conseguente lisi cellulare,

•Ciclo lisogeno: infezione con fagi temperati ed intregrazione del genoma virale (profago) nel

genoma batterico senza lisi cellulare

•Il ciclo lisogeno può trasformarsi in ciclo litico con l’uscita del profago dal genoma

• I fagi trasducenti sono difettivi, perché il pezzo di

DNA batterico ha preso il posto del pezzo di DNA fagico.

Coniugazione

• La Coniugazione è un processo che avviene attraverso una particolare struttura anatomica

• PILO SESSUALE posseduto dal batterio donatore, che unisce le due cellule in accoppiamento.

• La cellula donatrice ha un plasmide che porta l’informazione genetica che codifica la sintesi del pilo.

Coniugazione

• Possibili ricombinazioni :

• F+ x F- -----> F+

• Hfr x F- -----> F-

• F’ x F- -----> F+

Coniugazione

• Possibili ricombinazioni :

• F+ x F- -----> F+.

• Hfr x F- ---->molte copie di geni del loro cromosoma.

• F’ x F- -----> molti geni che codificano per il fattore F.

Coniugazione

• Durante l’incrocio F+X F-

• il fattore F si replica e una sua copia viene trasferita alla cellula ricevente.

• Il filamento che entra viene copiato per produrre una molecola di DNA bicatenario.

Coniugazione

• Plasmide F+ ( fertilità)

• Plasmide F- ( non presenta fattore F).

• Il fattore F può esistere libero nel citoplasma, replica autonoma o si integra nel cromosoma batterico (Hfr) e replicarsi ogni volta che il batterio produce una copia del suo cromosoma ( episoma).

Coniugazione

• Incrocio Hfr X F- :

• Alta frequenza di ricombinazione.

• Perché mostra una alta efficienza a trasferire materiale . cromosomico del donatore a una cellula ricevente F-.

• . Solo una parte del fattore F viene trasferito, il ricevente F- non diventa F+ a meno che non viene trasferito l’intero cromosoma. Tale evento è molto raro.

coniugazione

• Il plasmide quando integrato nel cromosoma batterico si può staccare

• Durante questo processo il plasmide può portare via una parte del cromosoma batterico formando il plasmide F’

• Quando la cellula F’ si coniuga con una cellula F-la cellula F- diventa F+

avrà anche il lac presente su F' oltre che quello presente nel suo

genoma. Quindi ha 2 alleli lac. E' un diploide parziale.

Coniugazione

Plasmidi:

• Elementi genetici extracromosomiali.

• Replica autonoma.

• DNA bicatenario circolare.

• Pm da 1 milione -100 milioni.

• Sono suddivisi in 2 tipi:

• coniugativi e metabolici.

Plasmidi coniugativi

• Partecipano nel processo di Coniugazione.

• Trasmissione attraverso il pilo sessuale.

• Un singolo batterio può contenere numerosi plasmidi differenti e di diverse dimensioni.

Principali funzioni dei plasmidi di interesse medico

Sono importanti per

Virulenza: Produzione di enterotossine.

Produzione di adesine.

Resistenza agli antibiotici: Plasmidi R

produzione di siderofori

Degradazione lattosio, ureasi.

Competition between host cells and bacterial pathogens for iron, illustrating the importance of siderophores. Since free iron is

scarce in tissue fluids and blood, bacterial siderophores compete effectively for Fe3+ bound to lactoferrin and transferrin.

!- Carattestiche della cellula batterica Sruttura – componenti essenziali ( nucleo citoplasma , membrana citoplasmatica parete cellulare ) e facoltativi ( pili fagelli capsula spora ) Caratteristiche dei Gram+ e Gram-

2-Come crescono i batteri di quali omponenti hanno bisogno per crescere e come li possiamo identificare

3-Come possono scambiarsi materiale genetico (coniugazione, trasformazione , trasduzione)

4-Quali sono i fattori di virulenza (endotossine, esotossine, pili, adesine,enzimi, capsula)

Scambi genetici tra batteri:

• CONIUGAZIONE

• TRASFORMAZIONE

• TRASDUZIONE

Permettono ad alcune cellule batteriche in una

data popolazione di acquisire nuovi caratteri

vantaggiosi per la loro sopravvivenza (resistenza,

virulenza, capacità di usare substrati diversi, etc.)

e di trasmetterli alla loro progenie

CONIUGAZIONE = processo

di scambio genetico tra batteri che

avviene attraverso una particolare

struttura anatomica (pilo

sessuale) posseduto dal batterio

donatore, che unisce le due

cellule in accoppiamento.

La cellula donatrice (detta F+)

ha un plasmide che porta

l’informazione genetica che

codifica la sintesi del pilo.

Cellula F+

Cellula F-

Pilo sessuale

1

2

3

4

Alla fine del processo coniugativo (detto F+ x F-),

anche la cellula accettrice (F-) acquisice il plasmide F

e diventa F+

Quindi: dal processo (F+ x F-) si hanno 2 cellule F+

F+ x F-

F+ F+

TRASFORMAZIONE = trasferimento di informazioni genetiche per mezzo di DNA extracellulare.

Sequenza di eventi:

1. morte di una cellula batterica

2. rilascio del suo DNA

3. Il DNA si attacca alla cellula ricevente grazie a proteine che lo legano

4. Il DNA viene incorporato

nella cellula

5. Ricombinazione del DNA

nel cromosoma della

cellula ricevente

6. Acquisizione di nuovi

caratteri da parte della

cellula ricevente.

TRASDUZIONE = trasferimento genetico di DNA tra batteri mediato da fagi (virus

batterici).

I fagi possono essere:

• fagi temperati (ciclo lisogeno)

• fagi litici (ciclo litico)

i fagi trasducenti

sono difettivi, perché

il pezzo di DNA batterico

ha preso il posto di un

pezzo di DNA fagico.