Introduzione - La replicazione del DNA in Eubatteri ed Archea: inizio, allungamento e termine; origine della replicazione; regolazione dell'inizio della replicazione; enzimi coinvolti nella replicazione (elicasi, primasi, polimerasi, ligasi); replisoma; frammenti di Okazaki. Sistemi di riparo. - La trascrizione del DNA in Eubatteri ed Archea: inizio, allungamento e termine; RNA polimerasi; subunità sigma; struttura del promotore e del terminatore. - La sintesi proteica: struttura tRNA e rRNA; ribosomi; fattori di inizio (formil-metionina, sequenza Shine-Dalgarno) e formazione del complesso di inizio; fattori di allungamento; codoni non senso e fattori di termine. Traduzione di messaggeri policistronici e polarità.
Regolazione dell'espressione genica nei procarioti - Regolazione trascrizionale: regolazione positiva e negativa; regolazione a distanza; regolazione trascrizionale negli Archea; promotori complessi e regolazione da più fattori trascrizionali. Gli operoni catabolici (lac, ara e gal) e biosintetici (operone trp). Regolazione per attenuazione in E.coli e in B. subtilis. Controllo mediante variazione di fase. - Regolazione traduzionale: sRNA; 6S RNA; regolazione mediante riboswitch; RNA termosensori; degradazione di RNA tronchi (tmRNA); regolazione mediante recoding. - Regolazione coordinata di più geni: repressione da cataboliti (CCR) in E. coli e B. subtilis; sistema SOS; risposta stringente; Regolazione mediante fattori sigma alternativi: i fattori sigma 32, sigmaS di E. coli. - Regolazione genica in risposta a stimoli ambientali: sistemi due componenti; risposta chemiotattica e movimento cellulare (struttura del flagello e movimento flagellare, movimento per scivolamento). Modalità di regolazione del movimento nella risposta chemiotattica. Biofilm. Meccanismo di quorum-sensing: il sistema Lux di Vibrio fischeri; i sistemi Las e Rhl di Pseudomonas aeruginosa. Quorum sensing in batteri Gram-positivi: la competenza; la produzione e secrezione di batteriocine. Contatti tra cellule: nanotubi. - Il fenomeno della bistabilità: esempi e significato evolutivo.
Ciclo cellulare nei procarioti - Localizzazione sub-cellulare delle proteine: il sistema Sec; sistemi Sec-indipendenti. Sistemi specifici di batteri gram-negativi. Sistema di secrezione di tipo VI. - Organizzazione del nucleoide batterico: le proteine HU e IHF. - Divisione cellulare: formazione del setto di divisione cellulare; la proteina FtsZ; ruolo delle proteine Min nel posizionamento del setto di divisione. Inibizione della formazione del setto (occlusione del nucleoide). - Segregazione dei cromosomi, citoscheletro batterico e forma cellulare: le proteine SMC, Mre e Par.
Esempi di differenziamento microbico - Batteri sporigeni: Bacillus subtilis; struttura della spora; il ciclo di sporulazione; fattori sigma dell'RNA polimerasi alternativi (sigma F, E, G e K) e loro regolazione. - Caulobacter: ciclo, dimorfismo ed asimmetria della divisione cellulare - Mixococcus: ciclo, corpi fruttiferi, motilità A ed S, predazione.
Interazione tra batteri ed organismi animali - Commensalismo: microbiota intestinale; numero e tipi di batteri presenti; Bacteroidetes e Firmicutes; diversità microbica nell'apparato gastro-intestinale e fattori che la influenzano (scambi genici, dieta, ospite); funzione del microbiota intestinale; microbiota e salute dell'ospite; bilanciamento del microbiota: batteri probiotici; esempi di meccanismo d'azione di batteri probiotici (Bifidobacterium longum, Bacillus subtilis). Interazioni tra microflora intestinale e sistema nervoso centrale. - Meccanismi di adesione di cellule batteriche a cellule animali: pili dei batteri gram-negativi (Tipo 1, P, BFP e Tipo IV), gram-positivi ed Archea; acidi teicoici; biofilm. - Patogenicità: fattori di virulenza portati da plasmidi, virus o isole di patogenicità. Sistemi di secrezione di tipo 3 e 4. Eso- ed endotossine. Le tossine AB e tossine che agiscono sulla membrana plasmatica. Meccanismo di azione di tossine modello: colerica, difterica, esotossina A, tifoide, botulinica, tetanica, anthrax. - Induzione della virulenza in batteri normalmente presenti nell'ospite: Streptococcus pneumoniae e Clostridium difficile. - Patogeni extracellulari: Helicobacter pylori: ciclo infettivo; fattori di virulenza principali: le proteine CagA e VacA. Escherichia coli: i vari tipi di ceppi enterici (isola di patogenicità LEE, sistema di secrezione di tipo 3 e formazione del piedistallo) ed i ceppi uropatogenici (pilus di tipo 1, invasione, ciclo infettivo). Vibrio cholerae: ruolo della chemiotassi nella virulenza. - I batteri patogeni intracellulari: Mycobacterium tuberculosis: ciclo infettivo, meccanismo di sopravvivenza e moltiplicazione nei macrofagi. Mycobacterium leprae: caratteristiche dell'infezione, meccanismo di infezione delle cellule nervose. Legionella pneumophila: meccanismo di sopravvivenza e moltiplicazione nei macrofagi. - I batteri patogeni invasivi: i meccanismi zipper e trigger. Sopravvivenza nel vacuolo o nel citoplasma eucariotico. Yersinia sp.: fattori di virulenza; Listeria monocytogenes: specificità d'ospite, regolazione del gene prfA e delle proteina LLO; polimerizzazione dell’actina mediata da ActA. Motilità batterica nel citoplasma eucariotico ed invasione di cellule adiacenti. Salmonella: le isole di patogenicità SPI-1 e SPI-2; sopravvivenza nel vacuolo. Shigella: fattori di virulenza plasmidici, effettori traslocati nella cellula bersaglio, motilità per induzione della sintesi di actina.
Antibiotici Meccanismo d'azione di molecole che agiscono sulla parete cellulare (fosfomicina, bacitracina, vancomicina e beta-lattamici), sulla membrana (batteriocine), sulla sintesi proteica (tetracicline, eritromicina, cloramfenicolo, streptomicina). Sintesi non ribosomale di antimicrobici peptidici. Meccanismi di resistenza agli antibiotici e di trasmissione della resistenza.
Virus: il fago Lambda ed esempi di Virus eucariotici: Modalità di replicazione di virus a DNA (ss e ds) ed RNA (ss+ e ss-); Virus dell'influenza
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