Appunti Batteriologia

Metabolismo batterico

Sulla base della fonte di energia i batteri possono essere suddivisi in:

• Foto-trofi: derivano energia dalla luce, organiche e inorganiche.
• Chemo-trofi: derivano energia da molecole organiche e inorganiche.

Da un punto di vista trofico possono essere suddivisi in:

• Autotrofi: derivano il carbonio dalla CO2.
• Eterotrofi: derivano il carbonio da composti organici.

Possiamo classificare il tipo di metabolismo energetico in base all'accettore finale di elettroni nella produzione di ATP.

1. FERMENTAZIONE: Processo di ossidoriduzione in cui il donatore e l'accettore di elettroni sono composti organici che si formano durante l'ossidazione del substrato. In questo processo abbiamo una parziale ossidazione delle molecole organiche e di conseguenza anche una parziale liberazione di energia, con formazione di prodotti intermedi (acidi e alcol). La fermentazione è utilizzata sia da anaerobi obbligati (stretti) che da anaerobi facoltativi.
2. RESPIRAZIONE AEROBICA: il donatore di elettroni...

È un composto organico⁴⁺ (chemo-eterotrofi) o inorganico ridotto (H₂, NO₂, NH₃, S, H₂S: chemo-autotrofi). L'accettore finale di elettroni è l'ossigeno molecolare. L'ossidazione è completa aerobica e porta alla formazione di H₂O e CO₂. È attuata dagli obbligati e facoltativi.³ RESPIRAZIONE ANAEROBICA: il donatore è un composto organico⁴⁺ (chemioeterotrofi) o inorganico ridotto (H₂, NO₂, NH₃, S, H₂S: chemo-autotrofi) mentre l'accettore finale di elettroni non è mai O₂, ma una molecola inorganica come nitrato, solfato o carbonato, o organica (fumarato) che può essere ridotta ulteriormente. Aerobi obbligati stretti e facoltativi.⁴ FOTOSINTESI: La CO₂ è ridotta a carboidrato a spese di donatori di idrogeno attivati da reazioni luminose. Nelle piante e nelle alghe il donatore può essere l'acqua. Nei batteri fotosintetici, che sono anaerobi stretti, il donatore di idrogeno può essere H₂S, H₂composti organici.2 27. SCAMBIO GENICO SCAMBIO DI INFORMAZIONE GENICA NEI BATTERI Mutazioni nei batteri. Le mutazioni insorgono nelle popolazioni batteriche per via indotta (sostanze chimiche o fisiche) o per via spontanea. Le mutazioni sono espresse da batteri aploidi e in rapida crescita. Le mutazioni contribuiscono in maniera significativa sull'evoluzione della specie. Il vantaggio selettivo favorisce i mutanti, nei batteri può avvenire trasferimento genico. MATERIALE GENETICO BATTERICO Nei batteri il materiale genetico è costituito dal cromosoma, e da elementi genetici accessori quali plasmidi, profagi ed elementi trasponibili. Gli elementi genetici accessori possono essere assenti o persi senza alcun danno per la cellula, anche se, in alcune condizioni, possono fornire vantaggi selettivi. Ci sono diversi meccanismi che permettono lo scambio di questa informazione genetica accessoria da un organismo a un altro. L'interscambio genetico nei microrganismi avviene nonsintesi proteica. Alcuni plasmidi possono essere trasferiti da un batterio all'altro attraverso un processo chiamato coniugazione, che permette lo scambio di materiale genetico tra cellule batteriche. Gli elementi trasponibili, come i trasposoni e le sequenze invertite, sono sequenze di DNA che possono spostarsi all'interno del genoma batterico. Questi elementi possono causare mutazioni o modificare l'espressione dei geni. Inoltre, i batteri possono acquisire materiale genetico da altre specie batteriche attraverso un processo chiamato trasformazione. Questo permette loro di ottenere nuovi geni e caratteristiche che possono conferire loro vantaggi evolutivi. In conclusione, i batteri sono in grado di scambiare materiale genetico non solo all'interno della stessa specie, ma anche tra specie diverse. Questa capacità di scambio genetico contribuisce alla loro adattabilità e alla loro capacità di sopravvivenza in diversi ambienti.maniera autonoma rispetto al cromosoma. I geni accessori consistono in elementi che possono essere presenti nel cromosoma o nel plasmide ma che non sono essenziali alla vita del batterio. Questi geni possono codificare fattori di patogenicità, tossine, resistenza agli antibiotici e geni deputati al metabolismo secondario. Fra la porzione accessoria ci sono anche alcuni trasposoni oppure tutto ciò che del plasmide non fa parte per la replicazione autonoma. PLASMIDI Sono elementi extracromosomici a replicazione autonoma, possono costituire fino al 25% del DNA. Sono molecole non essenziali e con organizzazione genetica semplice. EPISOMI Prendono il nome di episomi i plasmidi che possono integrarsi nel cromosoma (un esempio è il plasmide F, importante perché quando si integra nel cromosoma può trasferire una parte del cromosoma batterico). Alcuni sono costituiti da uno o pochi geni, altri da centinaia di geni, le dimensioni dei plasmidi sono pertanto molto variabili. NellaLa maggior parte dei casi il DNA plasmidico è molecola circolare a doppio filamento, ma esistono anche plasmidi unalineari. Nei genomi plasmidici possiamo distinguere due tipi di informazione genetica: quella necessaria per la replicazione del plasmide e le informazioni genetiche accessorie. Possiamo classificare i plasmidi in diverse categorie: - Plasmidi coniugativi: il più noto è il fattore F; sono capaci di regolare il proprio trasferimento da una cellula donatrice (F+) ad una cellula recettrice (F-). - Plasmidi R (di resistenza): contengono geni che conferiscono resistenza agli antibiotici. Molti di essi sono coniugativi e quindi permettono la rapida diffusione della resistenza. Alcuni conferiscono resistenza a più antibiotici. - Plasmidi di virulenza: contengono geni che codificano per fattori di virulenza, adesine, tossine, batteriocine come o inducono tumori. - Plasmidi metabolici: contengono geni per funzioni metaboliche complesse. Ad esempio degradazione.

del naftalene a piruvato ed acetaldeide. Questi plasmidi sono tipici di alcune specie del genere Pseudomonas.

Il PLASMIDE CONIUGATIVO FÈ caratterizzato dalla regione tra di trasferimento (tra), dove si trovano i geni che codificano per le proteine necessarie al trasferimento. A monte della regione tra c’è ori T, l'origine di trasferimento, cioè il punto da cui inizia tale processo.

Il fattore F decodifica per tutte le proteine del pilo, struttura necessaria alla coniugazione. Non è detto che un batterio possa contenere tutti i plasmidi nel suo citoplasma. Plasmidi che appartengono allo stesso gruppo di incompatibilità non possono coesistere all'interno della stessa cellula.

Alcuni geni del Fattore F di coli:

• incBCE: incompatibilità. Insieme di geni che codificano per proteine che conferiscono incompatibilità, non è detto che lo stesso batterio possa mantenere tutti i suoi plasmidi, molti sono incompatibili tra loro.
• oriV:

origine di ripartizione bidirezionale

parABCL: partizione. Alcuni plasmidi sono presenti in singola copia nel batterio quindi devono essere spartiti in singola copia nelle cellule figlie

traABCDEFGHklquvw: biosintesi e assemblaggio del pilo

PLASMIDI METABOLICI. Degradazione di molecole organiche complesse da parte Pseudomonas. L'aeruginosa di alcune specie del genere è usata per il biorisanamento ambientale da composti alifatici o aromatici.

PLASMIDI DI VIRULENZA. Per virulenza si intende la capacità di dare origine a manifestazioni cliniche patologiche e sintomi accettabili. Alcune caratteristiche di B. anthracis virulenza sono stabilite da plasmidi che producono tossine. che non tubefaciens produce la proteina non è virulento. Si usa come vettore il plasmide Ti deiche si usa per ottenere piante transgeniche. Geni per: tossine, adesine, batteriocine e tumor inducing.

NUMERO DI COPIE. Classificati in base ai gruppi di incompatibilità, legato al numero di copie.

Ovvero i plasmidi che dipendono da ODR che le caratterizza, possono essere presenti un basso o alto numero di copie. Importante il modo in cui faccio crescere il batterio, perché vado a influenzare il numero di copie. Il numero dipende dalla dimensione e dalla velocità di innesco della sintesi del DNA. Il plasmide viene replicato finché non raggiunge il numero di copie atteso, ovvero dipende dal gene incBCE. Mentre quello ad alto numero di copie si distribuisce, nel basso la ripartizione deve funzionare bene, è necessario un vero sistema, per fattore F è il sistema parABCL. I plasmidi per le loro caratteristiche possono essere presenti o in basso numero di copie (fattore F) o in alto numero di copie (colE1). I plasmidi a basso numero di copie sono più grandi. Infatti ciò che regola il numero di copie è la dimensione del plasmide e la velocità di innesco della sintesi del DNA, cioè quante volte l'origine di replicazione viene attivata.replicazione può essere riconosciuta dal macchinario di replicazione. Il plasmide si replica fino a raggiunge il numero di copie richiesto. (es: incBCE). 65 Nei plasmidi a basso numero di copie è necessario un sistema di ripartizione che faccia sì che i plasmidi si dividano equamente tra una cellula e l'altra.

REPLICAZIONE DEI PLASMIDI

replicazione autonoma

Per non si intende che il plasmide codifichi per tutte le funzioni necessarie per replicare, ma semplicemente che la loro replicazione avvenga indipendentemente da quella del cromosoma. Nella maggior parte dei casi i plasmidi utilizzano le proteine espresse dal batterio ospite. Sul DNA di tutti i plasmidi è localizzata un'origine di replicazione.

Esistono due modelli di replicazione: la replicazione theta e la replicazione sigma a cerchio rotante. La replicazione theta può procedere, a sua volta, da una singola origine di replicazione in modo unidirezionale (unico apparato di replicazione e unico

frammento leading) o bidirezionale.

COMPATIBILITÀ ED INCOMPATIBILITÀ PLASMIDICA

La specificità dei sistemi che controllano la replicazione è alla base del fenomeno dell’incompatibilità plasmidica, che rappresenta anche un modo per classificare i plasmidi. Due plasmidi diversi si dicono compatibili quando replicano e vengono distribuiti in modo indipendente tra le cellule figlie e possono coesistere all’interno della stessa cellula. Al contrario si dicono incompatibili.

Due plasmidi sono incompatibili quando differiscono solo per funzioni accessorie ma hanno regioni adibite alla replicazione identiche. In tal caso per l’apparato di controllo del numero di copie e di segregazione, i due plasmidi saranno considerati come lo stesso e potrà capitare che una