Microbiologia generale

ADSORBIMENTO

Quando il virus riconosce dei recettori, si lega con i suoi antirecettori e inizia il ciclo di infezione. Una volta avvenuto l'adsorbimento alla cellula bersaglio, questa non è più in grado di difendersi dall'infezione virale. L'unica barriera che la cellula può attivare per proteggersi dall'infezione è quella di disporre sulla parete cellulare dei componenti in grado di mascherare i recettori che verrebbero riconosciuti dagli antireciproci virali.

PENETRAZIONE

Questa fase dipende dalla tipologia di virus:

• Virus animali e vegetali: entrano completamente nella cellula. La penetrazione avviene attraverso due meccanismi:
1. Endocitosi: quando il virus viene a contatto con la membrana delle cellule animali o vegetali, viene invaginata dalla membrana citoplasmatica. Attraverso questa invaginazione entra come vacuolo che viene in contatto con il lisosoma (contiene enzimi digestivi) che fa fuoriuscire il virus dalla vescicola rilasciandola nel

citoplasmaFusione: le glicoproteine della superficie esterna del virus si legano ai componenti della membrana citoplasmatica integrandosi con essa. Durante la fusione entra nella cellula solamente il capside contenente il genoma che andrà al nucleo o nel citoplasma, in base alla tipologia di replicazione di quel virus. - Batteriofagi: durante l'adsorbimento la coda si contrae e viene iniettato il genoma virale che dal capside, attraversando la coda cava, penetra all'interno degli strati parietali e giunge al citoplasma. Questo succede perché durante un'infezione precedente il virus si è fatto produrre il lisozima in grado di ledere la parete cellulare. REPLICAZIONE Non è ben chiaro come venga indotta la cellula ad adattarsi a produrre componenti virali (smettendo di produrre i componenti cellulari). Dipende in base al virus: - Virus a DNA: Trascrizione in mRNA precoce: attiva la sintesi di proteine precoci, ovvero enzimi di cui ha bisogno per la sua

replicazione e la sintesi dei propri componenti che la cellula non ha

Copie del DNA virale

Sintesi di proteine tardive

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- Virus a RNA: riescono a farsi sintetizzare enzimi virali che lo aiutano a riprodursi all'interno della cellula bersaglio, bloccando il metabolismo cellulare

A singolo filamento a polarità positiva: funge da mRNA, e può essere subito tradotto in proteine ed enzimi utili al virus

A singolo filamento a polarità negativa: la direzione anti senso non è riconosciuta dai ribosomi cellulari, non può quindi essere subito tradotto, ma deve farsi produrre (nel ciclo infettivo precedente) un enzima virale particolare in grado di utilizzare come stampo l'RNA(-) per produrre una copia di RNA(+) che potrà agire come mRNA. Andando ai ribosomi permetterà la traduzione di proteine strutturali ed enzimatiche (questa andrà a compattarsi nel genoma virale per essere disponibile nel futuro

ciclo riproduttivo del virus

Retrovirus: viene chiamato a doppio filamento anche se l'RNA non funziona come mRNA.

Grazie all'enzima trascrittasi inversa (prodotto nel ciclo virale precedente) l'RNA a doppio filamento viene trascritto in DNA complementare.

Fase tardiva

REPLICAZIONE DEI COMPONENTI STRUTTURALI DEL VIRUS

Questo DNA complementare a doppio filamento può integrarsi nel genoma della cellula ospite o impiegato nei processi di traduzione e trascrizione dando luogo alla sintesi di proteine. Quando il virus compie queste azioni, prende il nome di provirus o profago.

ASSEMBLAGGIO DEI COMPONENTI VIRALI (MATURAZIONE)

I capsomeri vengono assemblati a formare il capside all'interno del quale migrerà il genoma virale. Nel caso dei fagi si ha l'aggiunta della coda. Se il virus non è rivestito, l'assemblaggio finisce con la maturazione, ovvero la presenza di tante particelle virali attive all'interno della cellula ospite.

RILASCIO DELLA CELLULA

OSPITE Il rilascio della cellula avviene mediante: - Lisi: nei batteri - Gemmazione nelle cellule animali o vegetali - Esocitosi Il ciclo di infezione batterica viene chiamato ciclo litico. Nel caso di virus a DNA e retrovirus, un rapporto considerato non mortale tra virus e cellula ospite viene definito ciclo lisogenico. Il genoma viene bloccato dalla cellula che continua a crescere normalmente, trasferendo alle cellule figlie un DNA cromosomale all'interno del quale è contenuto DNA virale, che però è inattivo. Si parla di virus profago, quando il genoma virale è inserito nel genoma cellulare, fino a quel momento è inattivato, ma degli agenti esterni (raggi X, UV...) possono indurre il genoma virale a staccarsi dal genoma cellulare avviando un ciclo litico che porta alla morte della cellula ospite. PAGINA 29 MICROBIOLOGIA | Silvia Raccis Coltivazione I virus animali vengono coltivati inoculando animali sensibili o uova embrionate di pollo (uova fecondate e incubate).

incubate per 6-8 giorni). Di recente i virus vengono coltivati su monostrati di cellule animali; questa tecnica mette in evidenza aree localizzate di lisi cellulare chiamate placche, o foci proliferativi (virusoncogeni).

I virus vegetali possono essere coltivati impiegando colture di tessuti vegetali, oppure piante intere. Le foglie si inoculano meccanicamente spalmandole con una miscela di virus e una sostanza abrasiva. Nelle aree infette si sviluppa una lesione necrotica localizzata.

I batteriofagi sono i virus più facilmente coltivabili. L'infezione di una coltura di batteri sensibili porta nel giro di circa un'ora alla lisi dei batteri con produzione di una notevole quantità di virus (lisato).

PAGINA 30 MICROBIOLOGIA | Silvia Raccis Biodiversità microbica La biodiversità microbica è il risultato dell'evoluzione attraverso mutazione e ricombinazione genica in habitat diversi: l'ambiente seleziona tutti gli organismi che riescono ad adattarsi.

La disciplina che studia l'evoluzione è la filogenesi.

La prima cellula si crede che si sia sviluppata una cellula ancestrale che è riuscita ad adattarsi e a dare vita ad altri organismi. Queste prime cellule sono fototrofi anaerobi. Alla comparsa dell'ossigeno, alcune cellule si sono adattate dando origine alle cellule aerobie. Andando avanti, l'evoluzione ha differenziato cellule animali e vegetali. La prima cellula era a RNA che inizialmente aveva funzione di mantenimento e attività enzimatica. Questa è poi stata sostituita dal DNA, mantenendo però alcune funzioni come la trascrizione (RNA).

Teoria endosimbiotica: il passaggio dalla cellula procariotica alla cellula eucariotica prende il nome di teoria endosimbiotica. Due cellule procariote si sono unite entrando una dentro l'altra, prendendo (quella interna) la funzione di mitocondri. Lo stesso è successo ai cloroplasti. Le cellule eucariote si sono poi evolute a esseri

superiori. Mitocondri e cloroplasti contengono un proprio DNA simile a quello batterico. A partire da una cellula primordiale si sono evolute a 3 domini:

• Bacteria: A partire dalle cellule procariote, sono più in grado di adattarsi in ambienti molto diversi tra loro e molto estremi
• Archaea
• Eukarya

Come studiare l'evoluzione

La scoperta del materiale genetico ha permesso di studiare l'evoluzione attraverso la misura delle variazioni genetiche di alcune macromolecole chiamate orologi molecolari. Si è visto che era possibile individuare una molecola presente in tutti gli organismi, con funzione simile e con una sequenza che fosse cambiata pochissimo nel tempo. Un esempio è l'rRNA ribosomiale 16S, che ricopre un ruolo essenziale per la cellula perché permette la sintesi proteica.

Mutazione

Con mutazione si intende il cambio casuale a livello del DNA che si è mantenuto ed è stato trasmesso alle cellule figlie (ereditabile). Le mutazioni

Le mutazioni possono essere spontanee o indotte.

Le mutazioni spontanee avvengono a causa di agenti esterni. Potrebbero essere errori di replicazione: la cellula, in questo breve lasso di tempo, deve replicare milioni di paia di basi e dar luogo ai processi di sintesi per formare le due cellule figlie. È quindi possibile che durante la copiatura veloce, la DNA-polimerasi possa compiere degli errori inserendo nel filamento che sta creando delle basi diverse da quelle del filamento complementare.

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MUTAZIONI PUNTIFORMI

È sufficiente un cambio, inversione o eliminazione di una base nucleotidica per generare varianti molto diverse dalla cellula parentale. Vengono chiamate mutazioni:

• Da transizione: una pirimidina viene scambiata con un'altra pirimidina, e lo stesso avviene per le purine
• Da trasversione: una purina viene sostituita da una pirimidina o viceversa
• Delezione o inserzione: può cambiare il modo di lettura

perché cambiano le triplette che codificheranno AA diversi. In base a come viene codificata la tripletta, avremo diverse tipologie di mutazioni: - Silente: quando un singolo AA viene codificato da più triplette, quindi la proteina sarà uguale. - Nonsenso o letale: se la terza base di un codone corrisponde al segnale di stop, la proteina formata sarà incompleta. Quindi se la proteina è essenziale, la mutazione è letale; se non lo è, la mutazione è nonsense. - Missenso: se cambia la prima o la seconda base di una tripletta, si avrà un cambio di AA che darà origine a una proteina diversa che potrebbe migliorare, o peggiorare, la vita della cellula. Mutazioni indotte Le mutazioni indotte avvengono a causa di mutageni chimici o fisici che agiscono direttamente sul DNA, influenzando la replicazione, in modo che vengano usate basi sbagliate. Possono essere: - Errori di appaiamento: acido nitroso che deamina l'adenina a ipoxantina che si

Appaiamento con lacitosina- Agenti intercalanti: come l'arancio di acridina che causa delezioni o inserzioni- Raggi UV: provocano la fusione fotochimica di 2 timine adiacenti formando dimeri che poi si appaiano in modo sbagliato

Ricombinazione genicaI batteri devono attuare processi di ricombinazione che sostituiscono la riproduzione sessuata degli eucarioti. Questi processi di ricombinazione possono essere:- Unidirezionali: non c'è la partecipazione contemporanea di due cellule, ma è una che dona una parte del proprio DNA a una cellula in grado di acquisirlo- Parziali: la cellula ricevente non riceve l'intero genoma- Occasionali: in natura la frequenza con cui avvengono questi processi è molto bassa perché l'esito non è prevedibile, quindi la cellula lo fa solo quando le condizioni sono tali da rendere difficile la sua sopravvivenza

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