Appunti di Microbiologia con laboratorio - Lezione 5

Lo scopo che guida le scelte di un microrganismo è quello di trovare le condizioni migliori per la sua crescita

Rivestimenti della cellula batterica

• CAPSULA

La capsula la troviamo come rivestimento più esterno, e in molti casi appare come uno strato piuttosto spesso.

Questa è un'immagine in microscopia ottica dove è stato usato un

colorante specifico per la capsula, infatti l’alone rosa che circonda la

macchia bianca centrale è proprio la capsula (il colorante penetra nella

capsula, ma non penetra all'interno della cellula e quindi la capsula è

facilmente evidenziata), e si nota che, andandola a paragonare con le

dimensioni della cellula, lo spessore della capsula è considerevole.

La capsula non è un rivestimento indispensabile per la vita della cellula,

infatti è un rivestimento che può essere presente o assente. I motivi della

sua assenza possono essere di 2 tipi:

- Di carattere genetico, infatti non tutti i microrganismi hanno l’informazione genetica per sintetizzare

la capsula quindi non saranno mai capsulati

- Anche nel caso di microrganismi capsulati, quindi in grado di produrre la capsula, non sempre la

produrranno (lo vedremo più avanti)

Composizione della capsula

Nell’immagine si vede una tabella di diversi

organismi che possiedono la capsula (ce ne sono

diversi con diverse caratteristiche), e ciò che si

vede osservando l'ultima colonna è che la capsula

o è composta da polimeri di zuccheri (glucidi) o

da polimeri di aminoacidi.

Prendiamo come esempio Leuconostoc

Streptococcus, il quale ha una capsula formata da

polimeri di glucosio, è quindi un polisaccaride

con un unico componente che viene detto

destrano.

Guardando la crescita su terreno solido di

Leuconostoc, ciò che si nota è che, nonostante si tratti sempre dello stesso microorganismo, a sinistra sono

presenti colonie molto piccole, mentre a destra colonie molto grandi e mucillaginose. La differenza sta in ciò

che è stato messo nei due terreni:

- Nel terreno di destra come fonte di carbonio (e quindi zuccheri) forniamo saccarosio, che è un dimero

formato da glucosio e fruttosio che le cellule sono capaci di sfruttare molto facilmente, cioè lo scindono

nelle due componenti. In questo caso ciò che fanno i

microrganismi è utilizzare il fruttosio per il loro metabolismo,

mentre il glucosio viene utilizzato per sintetizzare la capsula. Si

forma quindi una colonia di cellule capsulate ed è questo il

motivo per cui abbiamo delle colonie piuttosto grandi e

mucillaginose, cioè proprio perché la capsula fornisce questa

caratteristica (→la sua presenza ci dà una colonia liscia ma

abbastanza grande).

- Nel terreno a sinistra invece è stato fornito solo glucosio il che

vuol dire che la cellula si trova a dover fare una scelta: se usa il

glucosio per sintetizzare la capsula non ha più uno zucchero per

il proprio metabolismo, quindi è chiaro che a questo punto

decide di utilizzare il glucosio per il proprio metabolismo (in caso contrario vorrebbe dire non

crescere). Il glucosio quindi viene usato per il metabolismo e la capsula non viene sintetizzata, è per

questo motivo che abbiamo colonie molto piccole (dato che la mucillagine era data dalla capsula). Se

guardassimo le colonie con un leggero ingrandimento vedremo anche che queste colonne non sono

veramente lisce, ma sono rugose, quindi si tende anche a parlare di “colonie rugose”.

La capsula in realtà non è solamente una curiosità, infatti ha una sua importanza specialmente a livello di

microrganismi patogeni. Nel caso di microrganismi patogeni capsulati, cioè che hanno l’informazione genetica

per produrre la capsula, ciò che vediamo è che molte volte la forma capsulata è patogena, mentre la forma non

capsulata non è patogena. Questo accade perché, quando un microrganismo cerca di invadere il nostro corpo

o il corpo di un animale vertebrato, si scatena tutta una reazione interna al corpo che è la cosiddetta “reazione

immunitaria”, che è quella che ci protegge. La presenza della capsula rallenta la risposta immunitaria, cioè

rende meno visibile al sistema immunitario il microrganismo stesso e quindi ritarda l'attacco da parte del

sistema immunitario. Siccome le prime fasi di una malattia sono sempre un gioco a chi arriva primo tra il

sistema immunitario e la riproduzione del microrganismo, è chiaro che, aumentando il tempo di risposta del

sistema immunitario, si favorisce la riproduzione del microrganismo che quindi scatena la malattia.

• PARETE CELLULARE

È il rivestimento più importante. La parete è presente nella maggior parte dei procarioti (Bacteria e Archea) ed

è fondamentale per la sopravvivenza della cellula (lo dimostreremo facendo un piccolo esperimento). Ci sono,

come già è stato accennato, batteri privi di parete che in questo caso devono sopperire alle funzioni della parete

modificando in qualche modo la membrana citoplasmatica.

La parete è un rivestimento estremamente rigido, ed è questa la sua importanza (funziona come un guscio).

Bisogna ricordare che non è un filtro, cioè NON seleziona ciò che può entrare e ciò che può uscire, può essere

assimilata piuttosto a una gabbia rigida (non bisogna confondere la funzione della parete con la funzione della

membrana!! Sono infatti strutture con funzioni differenti che contribuiscono alla sopravvivenza della cellula

batterica).

La componente più importante della parete è la mureina. Se trattiamo una cellula batterica con un enzima

detto lisozima (=enzima che degrada la parete, e in modo particolare degrada la mureina che è il polimero

responsabile della rigidità della parete stessa) vediamo cosa accade nei vari esperimenti:

- Nel primo esperimento trattiamo le cellule con il lisozima in soluzione in un ambiente ipotonico (=la

concentrazione dei soluti è inferiore rispetto a quella nella cellula) e questo causa come risultato finale

la perdita di rigidità (dato che il lisozima degrada la mureina) e quindi ciò che accade è che viene

richiamata acqua all’interno della cellula (→ la membrana è un ottimo sistema filtrante, ma l'acqua

passa piuttosto liberamente attraverso la membrana). Quindi, essendo in condizioni ipotoniche, la

cellula continua a richiamare acqua, si gonfia e infine scoppia. La cellula quindi, se noi togliamo la

parete, in una condizione ipotonica muore perché praticamente scoppia.

- Ripetendo lo stesso esperimento in condizioni isotoniche il lisozima funziona esattamente come

nell’esperimento precedente, quindi va ad attaccare sempre la struttura della parete degradandola ed

eliminandola, ma, dato che in questo caso siamo in condizioni isotoniche, non c'è pressione osmotica

quindi non c'è richiamo d'acqua e di conseguenza la cellula resta integra dato che la membrana non è

sottoposta a sforzo. In questo modo viene quindi rilasciata una cellula priva di parete che viene detta

protoplasto. Se il protoplasto viene mantenuto in condizioni isotoniche è una cellula vitale che di

solito, qualunque forma avesse la cellula precedentemente, tende a prendere una forma sferica. Che il

protoplasto sia vitale lo si può ulteriormente dimostrare in laboratorio perché con opportuni

accorgimenti possiamo far sì che il batterio rigeneri la parete e poi possa tornare a crescere nelle

condizioni ambientali da cui proveniva.

Teniamo presente che i microrganismi vivono quasi sempre in ambienti ipotonici. Questo esperimento quindi

ci dimostra una cosa fondamentale, cioè l’importanza e l’estrema utilità della parete, infatti questa gabbia

rigida impedisce alla cellula di gonfiarsi oltre un certo livello, quindi non è che impedisca l'ingresso dell'acqua

perché la filtra, ma semplicemente non entra acqua all'interno della cellula perché la cellula non può dilatarsi.

Il lisozima quindi ha un’azione di tipo letale sulle cellule batteriche, poiché se noi trattiamo con lisozima un

microrganismo in condizioni ipotoniche questo muore. Tant'è vero che noi troviamo il lisozima nella saliva e

soprattutto nelle lacrime (motivo per cui i trapianti di cornea sono stati i primi ad essere stati fatti e non hanno

mai avuto problemi), infatti l’occhio non è protetto dal sistema immunitario (è proprio questo il motivo per cui

se si fa un trapianto di cornea difficilmente, a meno che non ci siano condizioni particolari, non c’è il rischio

di rigetto) quindi ciò che protegge l’occhio dal rischio di infezione sono proprio le lacrime col lisozima che

facendo un velo sulla superficie dell’occhio impediscono che i microrganismi si riproducano.

Composizione della parete

Il polimero fondamentale che conferisce la rigidità alla parete è un peptidoglicano, chiamato anche mureina,

che è formato da una parte amminoacidica e da una parte glucidica.

Le principali costituenti del peptidoglicano (mureina) sono:

- Acido N-acetilmuramico (NAM)

- N-acetilglucosammina (NAG)

Entrambi sono amminozuccheri

- Tutta una serie di amminoacidi, alcuni dei quali sono nella forma D. Ci sono infatti 2 stereoisomeri

(forma L e forma D), però in natura gli aminoacidi presenti nelle proteine sono nella forma L e vengono

sintetizzati nella forma L. Per passare alla forma D occorre un enzima che si chiama racemasi, il quale

permette il passaggio degli stereoisomeri da una forma all’altra (da L a D o viceversa). Il fatto che

nella mureina siano presenti aminoacidi nella forma D ci dice che quando la cellula sintetizza la

mureina alcuni di questi amminoacidi vengono sequestrati dal pool della sintesi proteica e trasformati

nella forma D, che non potrà quindi più essere sfruttata per la sintesi proteica, e verrà utilizzata

esclusivamente per la produzione della mureina.

Per quanto riguarda l’assemblaggio della mureina:

1. I due amminozuccheri (NAM e NAG) sono legati tra loro tramite legame β-1,4 glucosidico (dato che

sono zuccheri) a formare una catena lineare

2. Gli aminoacidi si trovano legati al NAM, infatti ogni molecola di NAM in questa catena lineare ha un

pendaglio di 5 aminoacidi: i primi 3 sono variabili (nell’immagini tra parentesi ci sono i possibili AA

che si possono trovare nelle posizioni 1, 2 o 3 a seconda delle varie specie) invece in posizione 4 e in

posizione 5 è sempre presente D-Alanina (in qualunque mureina).

La struttura vista in precedenza era una struttura lineare dove gli amminozuccheri sono alternati e, a