Riassunto esame Microbiologia, Prof. Graziano Roberta, libro consigliato Microbiologia medica, 9^ edizione, Murray

LIPOPOLISACCARIDE O ENDOTOSSINA [LPS]

È un fattore di virulenza ad azione patogena che è tipico dei batteri gram-negativi, è costituito da 3

porzioni:

Lipide A

• -> disaccaride di glucosamina fosforilata collegati ad acidi grassi che ne premettono

ancoraggio alla membrana esterna (fosfati collegano le unità di LPSin aggregati), a questo disaccaride

è legata una catena di carboidrati che si estende verso l’esterno. Lipide A responsabile della tossicità

del LPS

Polisaccaride del core

• -> polisaccaride ramificato formato da 9-12 unita che comprendono uno

zucchero insolito ( detto KDO), anche questa porzione è fosforilata e tali fosfati vengono speso legati a

cationi bivalenti per rafforzare la membrana esterna, necessario per la struttura del batterio e la sua

vitalità

Antigene O

• -> polisaccaride lineare di 50-100 unità saccaridiche ripetute (ciascuna formata da 4-7

zuccheri); permette la distinzione tra sierotipi (ceppi) di una specie batterica, non tutti batteri sono

provvisti di questa regione (es. neisseria no LSP ma lipooligosaccaride)

→

!!! La struttura del LPS è usata per la classificazione dei batteri infatti la struttura del lipide A è

identica in batteri affini, la regione del core è la stessa per ogni specie di batteri e l’antigene O

distingue i ceppi all’interno di ogni specie !!!

LPS è anche detto endotossina perché è in grado di stimolare risposte immunitarie, esse viene rilasciato

dai batteri nel terreno di coltura dell’ ospite attivando linfociti B e stimolando macrofagi e DC a rilasciare

IL-1, IL-6 e TNF (l’attivazione avviene tramite legame dell’endotossina specifici recettori) il rilascio di

LPS in bassa quantità è un induttore di febbre e shock mentre il suo rilascio in grandi quantità nel circolo

ematico può attivare la via alternativa del complemento con produzione di anafilotossine che causano

vasodilatazione e permeabilità capillare (reazione di schwartzman)

Divisione cellulare

La replicazione del cromosoma batterico innesca l’inizio della divisione cellulare

La produzione di due cellule figlie richiede la crescita e l’estensione dei componenti della parete

cellulare, seguita dalla formazione di un setto per la divisione in due cellule.

Il setto è costituito da due membrane separate da due strati di peptidoglicano. Il processo di divisione

cellulare richiede l’intervento della transpeptidasi e altri enzimi.

Spore

Alcuni batteri gram-positivi (mai i gram-negativi) ad esempio i membri del genere baccilus, possono

sporigeni.

essere In condizioni ambientali difficili, come la mancanza di nutrienti, questi batteri possono

spora.

passare dallo stato vegetativo a uno stato quiescente o di

La spora è una struttura disidratata multistratificata, che protegge i batteri e consente loro di

sopravvivere. Contengono una copia completa del cromosoma, concentrazioni minime indispensabili di

calcio acido dipicolinico

ribosomi e proteine essenziali e un elevata concentrazioni di legato a

Struttura:

• Rivestimento esterno proteico cheratina-simile (detto coat)

• Due strati di peptidoglicano

• Una membrana interna

Nel complesso possiamo definire spora una riorganizzazione di molecola di DNA in una nuova struttura

che ha poca acqua, non si divide, ha un involucro esterno a più strati e ha un attivata metabolica ridotta

Il passaggio da stato vegetativo a stato dormiente prende il nome di sporulazione, dura circa 6-8 ore e

divisa in diverse fasi:

1. Trascrizione degli mRNA spirali (gli altri mRNA vengono spenti) produzione di acido dipicolinico,

eliminazione di antibiotici e tossine

2. Duplicazione del cromosoma in modo che una delle due copie venga circondata dalla membrana

plasmatica, dal peptidoglicano e dalla membrana del setto, questi due strati sono poi avvolti dalla

corteccia (sottile strato interno di peptidoglicano reticolato che circonda quella che era la membrana

citoplasmatica ) a sua volta circondata da strato cheratino-simile

germinazione

Processo inverso -> -> stimolato da sollecitazioni meccaniche, pH o calore e richiede

acqua e una sostanza nutritiva attivante (come l’alanina): dura 90 minuti ed è divisa in 3 fasi:

1. La spora assorbe acqua

2. La spora si gonfia

3. Si gonfia a tal punto da perdere i rivestimenti esteri e produrre una nuova cellula vegetativa identica a

quella di origine

Le spore sono coinvolte nella trasmissione di infezioni umane, infatti le procedure di sterilizzazione

vengono valutate in base alla capacita di uccidere le spore. (Lampade UV, calore umido, calore secco) la

sterilizzazione si distingue dalla disinfezione perché elimina le spore e tutte le forme di vita presenti

mentre disinfezione è un processo parziale che elimina solo i patogeni.

Malattie trasmesse dalle spore:

Carbonchio o antrace

• -> trasmesso dalle spore di Bacillus antracis, in base a se la spora viene

inalata ingerita o si viene a contatto con essa il carbonchio può essere di tipo respiratorio,

gastrointestinale o cutaneo

Tetano

• -> tramesso dalle spore di clostridium tetani che è una neurospora, che si lega alle vescicole

sintetiche inibendo il rilascio del neurotrasmettitore con conseguente paralisi spastica (contrazione

continua)

Botulismo

• -> tramesso dalle spore di clostridium botulinum che è una neurospora, che agisce a livello

della placca motrice impedendo il rilascio di acetilcolina, con conseguente paralisi flaccida. Il C.

Botulinum è un batterio anaerobio, si trova infatti spesso a contaminare le conserve (prive di ossigeno)

Gangrena gassosa

• -> trasmesso dalle spore di clostridium perfringens, la cute si arrossa e si gonfia e

palpandola si sente un crepitio (scricchiolio) dovuto allo spostamento delle bolle di gas poste sotto la

pelle.

METABOLISMO BATTERICO

La crescita dei batteri richiede:

• Una fonte di energia

• Materie prime necessarie per costruire proteine, lipidi, acidi nucleici, strutture e membrane che

costituiscono e alimentano la cellula C, H, O, N, S, P

→

• Sorgenti di carbonio in base alla fonte da cui ricavano il carbonio i batteri possono essere detti

→

autotrofi (solo carbonio inorganico, quindi la fonte e CO2) o eterotrofi (usano carbonio di composti

organici)

• Azoto

• H2O

• Ioni vari K, Na, Mg, Ca, Cl

→

• Componenti enzimatici tra cui il più importante il ferro, molti batteri secernono speciali proteine

→

dette sinedofori che concentrano soluzioni di ferro diluite

!!! I batteri patogeni ricavano energia dal metabolismo di zuccheri grassi e proteine !!!

I batteri possono essere classificati in base al loro rapporto con l’ossigeno:

Anaerobi obbligati

• non riescono a crescere in presenza di O2 mycobacterium tubercolosis

→ →

Aerobi obbligati

• richiedono presenza di ossigeno per metabolismo crescita

→

Anaerobi facoltativi

• maggior parte dei batteri cresce sia in presenza che in assenza di ossigeno

→

Il metabolismo del microbiota batterico è ottimizzato in base al pH, alla concentrazione di ioni e ai tipi di

nutrimento presenti. I batteri del tratto gastrointestinale scindono carboidrati complessi in composti più

semplici e producono acidi grassi a catena corta (lattato, acetato, SCFA) come sottoprodotti della

fermentazione. L’acido lattico prodotto può ridurre il pH.

Tutte le cellule per sopravvivere hanno bisogno di una fonte costante di energia che deriva dalla

degradazione di substrati organici come carboidrati, lipidi e proteine, questo processo prende il nome di

catabolismo, l’energia prodotta da quest’ultimi viene utilizzata per la sintesi dei costituenti cellulari

come la parete cellulare, proteine, acidi grassi e nucleici questo processo prende il nome di

anabolismo. metabolismo.

Insieme questi due processi costituiscono il cosiddetto

Il processo inizia con idrolisi di grosse macromolecole, i metaboliti vengono convertiti tramite una o più

vie metaboliche in una sostanza intermedia, l’acido piruvico.

L'acido piruvico può avere duplice destino:

• in presenza di O2 può diventare acetato (2c), che legandosi al coenzima A forma -> Acetil-CoA, il

radicale entra nel ciclo di Krebs e viene ossidato completamente a CO2 e H2O

In assenza di O2 invece, l’acido piruvico viene ridotto ad acido lattico utilizzando una molecola di NADH

che ritorna alla forma ossidata NAD* ->> questa trasformazione prende il nome di fermentazione lattica

Fosforilazione reazione endoergonica perché richiede energia dall’esterno, in base ala fonte di

→

energia distinguiamo:

Batteri fotosintetici usano energia radiante del sole

→

Batteri chemio sintetici usano energia derivante da ossidazione di alcuni substrati

→

Respirazione cellulare processo in cui il substrato organico viene ossidato completamente

→ ⬆

(ottenendo CO2 e H2O). 2 destini . Se l’accettore finale della catena di trasporto degli elettroni è

️

l’ossigeno la respirazione si dice aerobia, se invece è un nitrato, solfato, fumarato si dice anaerobia.

Replicazione e crescita batterica

La replicazione è un processo in cui vengono prodotte due cellule figli equivalenti; perché avvenga la

crescita devono esserci metaboliti sufficienti per supportare la sintesi dei componenti batterici

(anabolismo) e sopratutto dei nucleotidi per la sintesi del DNA.

La divisione batterica è un processo altamente dipendente dal processo di sintesi del peptidoglicano al

punto che l'inibizione di quest’ultimo processo inibisce il primo.

La riduzione eccessiva di metaboliti o un eccessiva quantità di sostanze tossiche (etanolo) scatenano la

allarmoni

produzione di chimici che interrompono la sintesi mentre continuano i processi degradativi.

La replicazione batterica coinvolge una serie di enzimi che possono essere usati come bersagli per

topoisomerasi fluorochinoloni

antibiotici; ad esempio le e le girasi sono bersagli dei (ciprofloxacina e

norofloxacina).

Nella crescita batterica si possono distinguere 4 fasi:

1. Fase di latenza batteri aumentano di volume ma non di numero e si adattano al nuovo ambiente

→

2. Fase esponenziale si moltiplicano con un temo di duplicazione che dipende dal ceppo e

→

dall’ambiente

3. Fase stazionaria crescita si interrompe per mancanza di metaboliti e accumulo di sostanze

→

tossiche

4. Fase di morte riduzione lineare del numero di cellule vitali nel tempo

→

Per molti batteri il tempo di generazione è molto breve circa 20-60 minuti in condizioni ottimali, per la

maggior parte dei patogeni il tempo di generazione all’interno dell&rs