Appunti di Microbiologia generale

Riduzione del solfato

• Avviene l'attivazione del solfato. Il solfato è una molecola chimicamente stabile, per cui non può essere ridotto se prima non viene attivato. L'attivazione avviene a spese di ATP, che viene idrolizzata per avere a disposizione AMP (si ha la liberazione di ad opera dell'enzima pirofosfato) ATP solforilasi. Ottengo quindi l'APS, ovvero l'adenosina 5-fosfosolfato (AMP a cui è attaccato il solfato). Un'altra forma di attivazione è il PAPS: è un APS con un ulteriore gruppo fosfato legato al ribosio dell'AMP. Lo ottengo consumando una ulteriore molecola di ATP. A questo punto, APS e PAPS (le due strutture sono nella figura a) possono seguire due percorsi.
• Possiamo avere la riduzione dissimilativa del solfato. Abbiamo lo stacco dell'AMP dall'APS e ottengo il solfito. Questo acquisisce 6 elettroni grazie alla solfato reduttasi e ottengo acido solfidrico. Il prodotto,

In questo percorso, viene escreto.• In alternativa, possiamo seguire la via della riduzione assimilativa del solfato. In questo caso abbiamo un ulteriore consumo di ATP ad opera dell’APS chinasi, ottenendo il PAPS. Abbiamo la riduzione prima a solfito poi questo prende 6 elettroni e ottengo l’H S. L’acido solfidrico resta nella cellula e viene usato per la sintesi dei composti organici dello zolfo, in particolare aminoacidi (cisteina e metionina). Il processo è molto simile ma se la forma attivata è l’APS si segue la via dissimilativa mentre se ho il PAPS (quindi l’APS ulteriormente fosforilato) si segue l’altra via, quella assimilativa. 66È il trasporto elettronico della riduzione dissimilativa del solfato che è associato alla formazione della forza proton-motrice. Questo percorso viene seguito quando la cellula non ha necessità di sintetizzare aminoacidi contenenti zolfo. È il processo prevalentemente perché

è quello che energeticamente consente di produrre ATP.

INTERAZIONI MICROBICHE: SIMBIOSI E PATOGENICITÀ

Considereremo le diverse interazioni microbiche con gli esseri umani. I microorganismi possono interagire con l’uomo utilizzando modalità differenti:

• Possono instaurare un rapporto di mutualismo o simbiosi, anche definito simbiosi mutualistica. In questo caso, entrambi i partner (microorganismo simbionte e ospite) ricavano un beneficio reciproco da questa interazione e i due partner sono interdipendenti. L’ospite offre un ambiente ospitale in termini di pH, temperatura e concentrazione di nutrienti.
• Si può instaurare, altrimenti, un rapporto di commensalismo. Il microorganismo, definito commensale (“mangia grazie all’ospite”), trae beneficio dalla colonizzazione dell’ospite che è indifferente da questo tipo di interazione, non ne ha ne beneficio ne svantaggio. Il commensale può vivere sia in superficie

• L'altra interazione è di tipo vantaggio dall'interazione con parassitismo o patogenicità. Il parassita trae l'ospite e quest'ultimo può averne un danno. Il parassita è potenzialmente dannoso ma il danno può essere contenuto se l'equilibrio tra ospite e microorganismo viene mantenuto. Se il sistema immunitario dell'ospite si sposta verso il parassita che diventa patogeno. L'ospite manifesta un'infezione. Se, al contrario, il sistema immunitario si rafforza è il parassita ad essere danneggiato.
• I primi due tipi di organismi, simbionti e commensali, costituiscono il microbiota umano mentre i parassiti sono gli agenti che causano le malattie infettive.

MICROBIOTA UMANO

Il corpo umano è caratterizzato dalla presenza di sistemi microbici, detti microbiota, associati a intestini, bocca, vagina,...

quelli umani. L'intestino lavora in condizioni anaerobie, per questo è difficile ricreare queste condizioni di anaerobiosi stretta in coltura per far credere gli organismi intestinali. Vi sono poi particolari esigenze nutrizionali di alcuni organismi e vi è l'impossibilità di identificare gruppi batterici poco rappresentati. Tutte queste problematiche sono state superate con l'avvento delle tecniche colture-indipendenti, che non richiedono l'impiego di colture e si basano sull'analisi delle sequenze dei geni ribosomiali.

Il gene 16S batterico è il target genetico più utilizzato negli studi tassonomici e filogenetici di un ecosistema perché è caratterizzato dall'alternanza di regioni costanti (indicate con la lettera "c") e regioni variabili. Quest'ultime, figurasono state anche definite tipizzanti perché su queste regioni è possibile identificare delle sequenze specifiche.

A livello di genere o specie. Sulla base di queste sequenze tipizzanti si possono costruire sonde o primer da utilizzare in reazioni di PCR o ibridazione per andare ad identificare quel genere/specie di interesse.

Il nostro campione biologico viene sottoposto ad estrazione di DNA (genomico totale) e vi andiamo a fare una PCR del gene 16S utilizzando dei primer che riconoscono le regioni conservate poste alle estremità. Amplifichiamo il 16S della comunità batterica nel campione e, sulla base dell'analisi delle sequenze, andiamo a definire la composizione della comunità, confrontando le sequenze ottenute con quelle presenti in banca dati.

SIMBIOSI MUTUALISTICA MICROBIOTA INTESTINALE

Rappresenta il principale sito di colonizzazione batterica permanente nel corpo umano ed è il più complesso sistema microbiotico presente in natura. Contiene una quantità di cellule microbiche dell'ordine di 10^14 e come numero supera dell'organismo. Tutte insieme,

vanno a costituire una massa di 10 volte tutte le cellule germinali e (?) di circa diverse centinaia di grammi. Il numero dei geni del microbiota intestinale risulta essere 150 volte quello del genoma umano.

Il microbiota intestinale svolge un ampio numero di funzioni protettive, strutturali e metaboliche che sono alla base di quella relazione di simbiosi mutualistica che si è instaurata con l'ospite. Le funzioni protettive riguardano principalmente l'effetto barriera contro la colonizzazione e invasione di eteropatogeni. Si esplica mediante tre meccanismi:

• siti di adesione a livello dell'epitelio intestinale (i microorganismi vi aderiscono, compatendo con i batteri eteropatogeni);
• La competizione con i compatendo con i batteri eteropatogeni);
• La competizione per le sostanze nutritive e substrati;
• La produzione di fattori antimicrobici (acidi grassi, acidi carbossilici, batteirocine) da parte dei microorganismi del microbiota intestinale.

Le funzioni strutturali riguardano

Principalmente:

• la modulazione del sistema immunitario (formano una barriera di fortificazione);
• La fortificazione delle tight junction
• Lo sviluppo del sistema immunitario.

Le funzioni metaboliche, invece...

• Si riferiscono alle capacità fermentative dei microorganismi che permettono di digerire residui polisaccaridici dall'uomo. Si ottengono acidi grassi a corta catena che hanno un'importante funzione trofica anon digeribili livello del colon;
• Stimolano la proliferazione e differenziamento cellulare dei cromociti (?) (con gli acidi grassi ottenuti dalla digestione dei residui non digeribili);
• È in grado di sintetizzare aminoacidi e vitamine, che l'uomo non riesce a sintetizzare;
• Concorre all'assorbimento di ioni.

CARATTERIZZAZIONE FILOGENETICA

Definita grazie al sequenziamento dei geni 16S. Il microbioma contiene tutti e 3 i domini della vita: Bacteria, Archea ed I batteri sono i più rappresentati.

Nonostante l'altissima densità cellulare dei batteri, la diversità a un alto livello filogenetico (riferendoci ai phyla) è tra le più basse di qualsiasi altro sistema. Più del 90% dei batteri si riferisce a due divisioni dominanti: Bacteroidetes e Firmicutes. Il restante 10% si riferisce a 5 divisioni sub-dominanti: Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria, Cyanobacteria e Verrucomicrobia. Se passiamo dalle divisioni in alto (phyla) e andiamo verso i generi e le specie, la biodiversità aumenta esponenzialmente. Sono stati identificati più di 1800 generi batterici e più di 16 mila filotipi corrispondenti a specie diverse. Ciascun individuo ospita il suo specifico ed distintivo microbiota. Il microbiota intestinale rappresenta un finger printing unico in termini di composizione a livello di specie o ceppi. In condizioni di salute, il microbiota intestinale e l'ospite stabiliscono un rapporto di simbiosi mutualistica.