Microbiologia - parte 1

CLAMIDIE

Un altro esempio di gruppi di batteri che non possiedono la parete cellulare sono le clamidie.

Possono essere responsabili di patologie umane, tra le quali una forma di polmonite, una patologia

dell'occhio e un'altra patologia trasmessa dagli uccelli all'uomo. Non possiedono parete cellulare perché

anch'essi sono batteri intracellulari, e hanno un ciclo di replicazione particolare perché prevede la presenza

di due forme cellulari diverse:

1) la prima prende il nome di corpo elementare

2) la seconda prende il nome di corpo reticolare: è localizzato nel vacuolo della cellula infettata

I corpi elementari sono la forma cellulare

più piccola e rappresentano quella che è

la forma infettiva di clamidia. Infettano la

cellula ospite, la cellula ospite racchiude e

fagocita il corpo elementare chiudendolo

in un vacuolo. In questo vacuolo il corpo

elementare si converte in corpo reticolare

fino a quando raggiungono una certa

quantità. Poi si convertono in corpi

elementari che vengono rilasciati dal

vacuolo e dalla cellula ospite. Questi corpi

se trovano una cellula da infettare sono

pronti a riprendere il ciclo di infezione.

MICOBATTERI

C'è un altro gruppo di batteri, i micobatteri, che hanno la parete cellulare, anche se è diversa dai batteri

gram positivi e dai batteri gram negativi. La presenza di una parete cellulare così complessa spiega perché i

micobatteri non possono essere colorati con la colorazione di gram, ma solo con una colorazione specifica.

I componenti principali sono:

-membrana citoplasmatica

-strato basale, primo strato della parete cellulare, costituito da un sottile strato di peptidoglicano al quale

sono legati polisaccaridi che si chiamano arrabbino-galattano, ai quali sono legati strati che rendono la

parete molto cerosa, gli acidi micolici (acidi grassi a lunga catena), legati a loro volta a glicolipidi.

-lipo-arrabino-mannano, struttura saccaridica costituita anche da una componente lipidica che li lega alla

membrana citoplasmatica.

Anche se non possono essere colorati con la colorazione di gram vengono comunque considerati batteri

gram positivi, ma si utilizza la colorazione di Ziehl-Neelsen. La

colorazione è schematizzata in questa immagine: è detta anche

colorazione per acido resistenza.

Si deposita sul vetrino una piccola quantità della coltura da colorare,

e la si fissa col becco Bunsen. Le soluzioni che si utilizzano sono

completamente diverse:

1) la prima è una soluzione di carbolfucsina, il preparato fissato viene

ricoperto con alcune gocce di questa soluzione e viene esposto al

calore della fiamma del becco Bunsen. Solo con il calore la soluzione

penetra all'interno delle cellule. Al termine i batteri sono entrambi

colorati di rosso (colore rosso dovuta alla carbolfucsina)

2) la seconda è una soluzione di decolorazione con alcol acido che

riesce a decolorare tutte le cellule che non sono batteri.

Se le cellule sono rosse sono micobatteri, se sono incolori non sono micobatteri.

3) Per facilitare si effettua una colorazione di contrasto con blu di metilene, al cui termine i micobatteri

compaiono rossi e tutte le altre cellule blu.

Nel caso dei batteri gram positivi e gram negativi possiamo usare degli antibiotici come la penicillina, nel

caso del trattamento di infezioni causate da micobatteri gli antibiotici che possiamo utilizzare sono limitati,

perché a causa della presenza di questi strati cerosi l'antibiotico non riesce a entrare nella cellula, e quindi

non riesce a svolgere il suo lavoro.

Ci sono molecole che sono in grado di debellare infezioni da parte di micobatteri:

-Isoniazide Inibisce la sintesi degli acidi micolici. Se gli acidi micolici non vengono sintetizzati non si

completa la parete cellulare. Per essere attivo e bloccare la sintesi degli acidi micolici deve essere attivato

all'interno della cellula del micobatterio dall’enzima catalasi perossidasi. Questa molecola è in grado di

uccidere micobatteri che si replicano attivamente, perché è solo durante il processo di duplicazione della

cellula batterica che avviene nuova sintesi di parete, e quindi nuova sintesi di acidi micolici; mentre non

agiscono su batteri che non si stanno duplicando. Sono stati isolati ceppi resistenti. Il meccanismo

principale di resistenza è che la molecola non può più essere attivata dalla catalasi perossidasi perché il

gene che codifica questa catalasi contiene mutazioni che inibiscono l'attività dell'enzima catalasi

perossidasi.

-Etambutolo: (usata nel trattamento della tubercolosi) inibisce la sintesi dell’arabinogalattano agendo

sull’enzima specifico arabinosil-transferasi. Possono insorgere ceppi di micobatterio resistenti

all’etambutolo, e la resistenza è determinata dal fatto che i quei ceppi sintetizzano molto più arabinosil-

transferasi rispetto al ceppo sensibile, e quindi riescono comunque a sintetizzare arabinogalattano.

-Rifampicina: inibisce la trascrizione del DNA in RNA, quindi la cellula muore

-Streptomicina: inibisce la sintesi delle proteine, anche in questo caso la cellula muore

Nei micobatteri ci sono specie patogene per l'uomo ma anche per gli animali. Poi ci sono i micobatteri

opportunisti, che in condizioni normali di salute dell'individuo non hanno nessun effetto; ma in individui in

cui il sistema immunitario è meno efficiente a causa di altre patologie queste specie micobatteriche

possono provocare problemi→ micobatterio avium

Ci sono anche specie che vivono nel suolo e che non sono patogene. Alcune di queste possiedono geni che

codificano enzimi responsabili della degradazione di alcune tipologie di sostanze inquinanti l’ambiente.

Tra i procarioti ci sono anche gli Archea

ARCHEA

Negli Archea la composizione chimica della parete cellulare è estremamente eterogenea. Ci sono pareti

costituite solo da polisaccaridi, solo da glicoproteine, o solo da proteine (di un unico tipo o proteine

diverse), ma ci sono anche Archea che non hanno una vera e propria parete cellulare.

Quest’ultimo è il caso del genere Thermoplasma→ la cellula è avvolta da una singola membrana a triplo

strato contenente catene isoprenoidi legate a oligosaccaridi

La parete costituita dalle glicoproteine possiamo trovarla negli alofili estremi, organismi che sono in grado

di crescere in ambienti in cui la concentrazione salina è elevatissima (Mar morto o saline), ma anche in

organismi ipermofili (in grado di sopravvivere fino a 110°C).

La parete costituita da polisaccaridi o peptidoglicano è tipica dei metanogeni, Archea che sono in grado di

produrre metano in assenza completa di ossigeno. Tra i metanogeni ci sono Archea che nella loro parete

possiedono il pseudopeptidoglicano.

Pseudo perché ricorda il peptidoglicano, ma presenta alcune differenze:

1) il residuo di NAG è legato al NAT (acido N-acetil-talosaminuronico) e non al NAM

2) il tipo di legame che lega NAG a NAT è un legame glicosidico β(1→3), mentre nei batteri è β(1→4). La

presenza di questo legame rende gli Archea insensibili al lisozima

3) al NAT è legato il peptide, ma gli amminoacidi che costituiscono il peptide sono tutti di tipo L, mentre nei

batteri ci sono anche aminoacidi in forma D

possibile domanda: quali sono le caratteristiche della parete cellulare degli Archea?

SESTA LEZIONE DI MICROBIOLOGIA

Inibitori della sintesi della parete cellulare

Si tratta di antibiotici che agiscono sulle diverse fasi della parete cellulare impedendo la sintesi della parete

stessa e provocando quindi la morte della cellula batterica. Un aspetto molto importante è il concetto di

tossicità selettiva degli antibiotici che hanno come bersaglio la parete cellulare. Gli antibiotici non sono

efficaci contro i virus perché essi non hanno la parete cellulare né una membrana cellulare (non hanno i

bersagli sui quali gli antibiotici vanno ad agire). Per esempio, altri antibiotici agiscono bloccando la sintesi

delle proteine, ma i virus non avendo i ribosomi non possono sintetizzare proteine. Gli antibiotici

contribuiscono alla diffusione dei ceppi batteri resistenti agli antibiotici.

Tossicità selettiva: le nostre cellule non possiedono una parete cellulare per cui gli antibiotici non hanno

alcun effetto sulle nostre cellule, ma sono in grado di uccidere le cellule batteriche. Per questa ragione tutti

gli antibiotici che colpiscono la parete cellulare, individuano proprio nella parete cellulare un bersaglio

ideale per gli antibiotici stessi.

Sono noti antibiotici in grado di interferire

su ciascuna delle 3 fasi di formazione della

parete cellulare.

Le Penicilline e le Cefalosporine sono due

grandi famiglie di antibiotici che vengono

anche detti “antibiotici β-lattamici”. La

Bacitracina agisce nella fase 2 (trasporto

attraverso la membrana cellulare). La

Vancomicina agisce come gli antibiotici β-

lattamici nella terza fase. La Cicloserina e la

Fosfomicina agiscono sulla prima fase. A

destra si può vedere la struttura del

peptidoglicano, al cui NAM è legato il

tetrapeptide. In questo caso si tratta di un

Gram negativo (a causa dell’acido meso-

diaminopimelico).

La sintesi del peptidoglicano può essere suddivisa quindi in 3 tappe:

-Sintesi dei precursori nel citoplasma

-Trasporto dei precursori attraverso la membrana citoplasmatica

-Inserimento dei precursori nella parete cellulare. In questa fase la sintesi della parete batterica è

catalizzata da enzimi specifici (Utranspeptidasi, transglicolasi ecc.) che vengono chiamati Penicillin Binding

proteins (PBP), ovvero proteine che legano penicilline, perché possono legarsi agli antibiotici β-lattamici

(penicilline e cefalosporine) con legame covalente. Legandosi agli antibiotici β-lattamici questi enzimi non

sono più in grado di svolgere la loro funzione e la parete cellulare non viene completata, quindi la cellula

batterica muore.

Questa immagine

serve solo per

ricordare dove

agiscono i vari

antibiotici.

Fosfomicina e

Cicloserina

agiscono nella

prima fase.

Bacitracina e

Mureidomicina

agiscono nella

seconda fase. La β-

lattamasi, i

Glicopeptidi (di cui

fa parte la

Vancomicina) e i

Lantibiotici

agiscono nella

terza fase.

Domande sugli antibiotici:

-Da chi sono sintetizzati?

-Qual è il loro meccanismo d’azione, ovvero come fanno ad impedire alla cellula batterica di crescere?

-Quali sono i meccanismi di resistenza che un batterio può presentare a questi antibiotici?

Questi antibiotici sono prodotti a loro

volta da altri batteri. Fosfomicina e D-

Cicloserina sono prodotti da specie

che appartengono al genere

Streptomyces. Questo è un genere di

batteri che vive comunemente nel

suolo e che