Batteriologia

Microbiologia Batteriologia

Morfologia, struttura e

funzione della cellula batterica

DNA

Tutti i batteri contengono l'informazione genetica sottoforma di (nucleoide),

ribosomi membrana citoplasmatica.

contengono i e una parete cellulare;

Quasi tutti i batteri presentano inoltre una caratteristica inoltre

strutture accessorie capsula, appendici

possono essere presenti quali la le in

superficie e l'inclusione citoplasmatiche.

Il nucleoide cellule

La struttura principale in cui è localizzata l'informazione genetica nelle

procariote un singolo cromosoma a doppia elica di DNA

è rappresentato da che

NON è circondato da membrana nucleare. aploide.

Quindi dal punto di vista genetico la cellula procariote è

Il cromosoma batterico è normalmente impacchettato in alcune zone della * I mesosomi sono

delle invaginazioni della

nucleoide,

cellula e costituisce un apparato nucleare definito normalmente membrana cellulare

addossato a mesosomi*. (settari o laterali)

I ribosomi

Ribosomi sono strutture implicate nella sintesi proteica.

due subunità

Sono costituiti da (50S e 30S), ciascuna delle due subunità è

proteine ribosomiali

composta a sua volta da due macromolecole diverse: alcune

RNA ribosomiale.

e molecole di

I plasmidi

filamenti di DNA circolare a doppia elica extracromosomiale,

Sono piccoli sono

presenti nel citoplasma e sono distinguibili dal cromosoma batterico per loro

dimensioni ridotte.

Possono replicarsi autonomamente permanere nella cellula batterica per numerose

generazioni.

I plasmidi possono essere trasferiti da una cellula all'altra (trasformazione

batterica), variabilità genetica dei procarioti.

contribuendo alla Durante il

coniugazione i plasmidi possono essere trasmessi da una cellula

processo di

all'altra e quindi farà acquisire nuovi caratteri al batterio ricevente.

Alcuni possono integrarsi nel cromosoma batterico⇢”episomi”; un episoma può

risepararsi

comunque dal cromosoma e ricominciare una replicazione autonoma

sottoforma di plasmide.

un batterio può sopravvivere senza plasmidi perché contengono informazioni

genetiche non essenziali alla sopravvivenza della cellula stessa.

1 Giulia Costanzini

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Il citoplasma

plasmidi ribosomi materiali di riserva

Contiene , e sottoforma di granuli.

• glicogeno amido ⇢

granuli di e riserva di C ed energia

• P inorganico

granuli di polifosfati (granuli metacromatici/ Volutina)⇢ riserva di

• lipidi

granuli di (micobatteri)

La membrana citoplasmatica opanoidi

La membrana citoplasmatica è caratterizzata dalla presenza di (≃steroli; !

Mycoplasmi)

gli steroli sono contenuti solo nei che conferiscono solidità, di

fosfolipidi, acidi fosfatidici (fosfatidil-glicerolo fosfatidil-

prevalentemente e

serina) proteine transmembrana.

e di

l'alterazione o la distruzione di tale barriera esita nella fuoriuscita del materiale

citoplasmatico con conseguente morte della cellula

La membrana citoplasmatica è fondamentale per :

• trasporto di molecole all'interno all'esterno della cellula (permeabilità selettiva)

permeabilità

La membrana è responsabile della ! L’osmosi è un fenomeno che consiste

selettiva del batterio. Alcune molecole di piccole nel movimento di acqua da una

soluzione meno concentrata a una

diffusione semplice,

dimensioni entrano mediante senza soluzione più concentrata, attraverso

dispendio energetico, altre molecole invece entrano una membrana semipermeabile.

trasporto mediato recettori

grazie ad un da specifici

proteici di membrana che regolano l’assunzione o la

secrezione di tali molecole, se questo processo richiede

“trasporto attivo”.

un consumo energetico si tratta di

• Secrezione di enzimi idrolitici extracellulari

Per utilizzare i composti presenti nel loro habitat che non possono

attraversare la membrana a causa del loro alto peso molecolare, i batteri

secernono enzimi a carattere degradativo enzimi

(idrolitici). Tali

extracellulari permetteno la demolizione dei costituenti molecolari, come

proteiche polisaccaridiche

molecole o all’esterno della cellula (gram+) o nello

spazio periplasmatico (gram-). I risultanti aa o i monomeri degli zuccheri

permeasi.

verranno poi trasportati all’interno della cellula mediante apposite

• Respirazione e fotosintesi (trasporto di elettroni) viene prodotta a livello della

Nei batteri, che NON hanno i mitocondri , l’energia

membrana citoplasmatica. Sia gli enzimi della fosforilazione ossidativa sia gli altri

enzimi localizzati nelle membrane interne dei cloroplasti sono localizzati nella

membrana citoplasmatica⇢maggiore sarà l’estensione di tale membrana e

maggiore potrà essere la funzione respiratoria o fotosintetica del batterio.

2 Giulia Costanzini

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• Funzioni biosintetica (sintesi della parete batterica)

A livello della membrana citoplasmatica, si ha la biosintesi della parete

batterica. Essa è un costituente strategico nell’ambito della biologia dei

batteri, i quali solitamente se vengono privati della parete batterica vanno

incontro a morte.

! Questo è un possibile TARGET antibiotico :agire a discapito della

membrana citoplasmatica può inibire la funzione biosintetica della parete

cellulare.

• Sistemi di chemiotassi

chemiotassi

La è il fenomeno con cui i batteri, grazie alla presenza di

sistemi recettoriali posti sulla membrana citoplasmatica, sono in grado di

direzionare i loro movimenti a seconda della presenza di alcune sostanze

chimiche nel loro ambiente.

Se vi sono degli stimoli a carattere attrattivo, in grado di sollecitare i sistemi

recettoriali esterni, essi produrranno una reattività cellulare (con conseguente

movimento); in parallelo di fronte a stimoli a carattere repulsivo sistemi

recettoriali assicureranno l’allontanamento della cellula.

percezione che succede fuori

In questo modo i batteri ottengono la di ciò

dalla cellula ricettivi stimoli esterni

e si dimostrano nei confronti di che

possono essere sia a carattere ambientale, sia forniti da altri germi /eventuali

cellule dell’ospite.

IMPORTANTE comunità,

perchè i batteri funzionano in termini di NON come

comunicare.

singola cellula, quindi devono poter

• Riproduzione in parte

La riproduzione batterica è regolata dalla membrana citoplasmatica.

Alcune proteine specifiche di membrana si legano al DNA in fase replicata e

favoriscono la separazione, dei due cromosomi

uno dall'altro,

neoformati. Anche la separazione del citoplasma tra le due cellule figlie

viene realizzata per intervento di un setto traverso generato dalla membrana

o dai mesosomi. NON contengono steroli

Opanoidi come le cellule eucariote;

fatta eccezione per i batteri

Mycoplasmi

Caratteristica peculiare della

membrana dei procarioti:

costituita principalmente da:

fosfolipidi e proteine ❗ ⚠

Membrana alterazione /distruzione di tale barriera =

citoplasmatica fuoriuscita del materiale citoplasmatico =

morte della cellula

batterica Chemiotassi

Funzioni biosintetiche Permeabilità

Escrezione di enzimi idrolitici Respirazione e selettiva

fotosintesi

3 Giulia Costanzini

Parete batterica Alimentazione Trasporto passivo

Trasporto attivo

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⚠ sostanze che agiscono sulla membrana cellulare

• Detergenti lipofili e idrofili):

(gruppi danneggiamento della membrana cellulare

• Antibiotici

Polimixina ⇢ azione simile ai detergenti

Acido nalixidico; novobiocina ⇢ interferiscono con le funzioni biosintetiche

della membrana cellulare

• Composti ionofori: permettono la rapida diffusione di cationi attraverso la

membrana cellulare

Valinomicina ⇢ potenziale di membrana alterato

La parete cellulare

rigida

É una struttura che circonda la membrana

citoplasmatica e determina la forma del batterio.

La maggiora parte dei batteri presenta una forma ben

definita che consente di differenziarili in tre gruppi morfologici :

cocchi, bacilli spirilli.

e

struttura unica,

E’ una formata da molecole uniche nell’ambito

biologico che NON è presente nelle cellule eucariotiche (presente solo nelle cellule

vegetali).

• sostanze peculiari

È composta da presenti solo nel modo microbico.

• Se proviene da determinati batteri, alcune componenti della parete possono

indurre patologie

esse stesse alcune

• bersaglio

Rappresenta il di alcuni dei prodotti

antibiotici * colorazione di Gram pag 23

• Pone la cellula batterica in equilibrio con l’ambiente

osmotico esterno

• La sua diversa composizione condiziona il

comportamento della cellula batterica alla

colorazione di gram*. Questo consente di

individuare due differenti gruppi batterici : gram+ e (Liquido di Lugol)

gram - . (Alcol-acetone)

4 Giulia Costanzini

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La parete cellulare è composta da una

macromolecola polisaccaridica-amminoacidica

PGL. Esso

peculiare, il è costituito da due

N-acetil-

amminozuccheri (N-acetil-muramico e

tetrapeptide.

glucosammina) e da un

Il peptide è costituito da :

- L-alanina

- ac.D-glutammico

- L-lisina a.

(è il più variabile⇢molti Gram- hanno

diaminopimelico)

- D-alanina

- D-alanina PGL,

I diversi batteri possono avere sovrapposti più o meno strati di ogni strato

legato a quello vicino aumenta la resistenza della parete, formando una fitta rete

molecolare.

Gram +

La parete dei batteri Gram + è costituita da circa 20 strati sovrapposti di

peptidoglicano (fino al 50% della parete) , i quali vengono tenuti uniti tra loro da

ponti aminoacidici. L’intreccio più o meno fitto di fibrille trattiene nelle maglie una

piccola percentuale di matrice; tra le sostanze che costituiscono la matrice vi sono

polisaccaridi acidi acidi teicoico e teicuronico.

dei detti Si tratta di polimeri

ribitolo glicerolo ponti P;

idrosolubili di o legati a rappresentano la più

componente antigienica superficie;

importante di per tale motivo, le reazioni

immunologiche crociate tra i

batteri gram + sono spesso

riferibili proprio alle analogie

strutturali di questi composti.

Acido teicoico⇢ lega ioni

magnesio portandole

all'interno della cellula

acidi teicoici sono utili

elementi specifici di

riconoscimento

Gram -

La parete dei batteri Gram -

un sottile strato di

presenta

PGD ⇢meno residente alle

forze meccaniche.

5 Giulia Costanzini

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I microrganismi di questa categoria posseggono un ulteriore struttura che ricopre lo

pseudocapsula.

strato di peptidoglicano: la doppio strato fosfolipidico

E’ costituita da una membrana esterna, ovvero un in

proteine, lipoproteine liposaccaridi

cui sono interspersi: e (LPS) .

La membrana esterna protegge la cellula batterica da sali biliari e dagli enzimi

idrolitici.

• inglobate nella matrice permeabilità

⇢

proteine sono responsabili della dello

molecole di piccola dimensione,

strato esterno verso le si dispongono sullo

strato lipidico in modo da formare dei pori (porine). Altre proteine agiscono come i

sistemi chelanti il ferro (siderofori) e facilitano il trasporto della vit B12.

Le trimeri proteici a forma canicolare possono ostacolare il passaggio di

sostanze ad alto peso molecolare, come gli antibiotici. La permeabilità è

Es:

differente da specie a specie. Ps.aeuroginosa è 100 v meno - core polisaccaridico è un

permeabile di quella di E.coli. elemento di

riconoscimento

aspecifico

• ⇢ancoraggio

Lipoproteine della membrana allo strato di PGD. - Unità ripetitiva è un

• ⇢molecole

LPS disposte sullo strato fosfolipidico più esterno; sono elemento di specifico

riconoscimento

composte da tre porzioni (dall’esterno all’interno):

- Unità ripetitiva ( sequenze oligosaccaridiche ripetute) responsabile

specificità antigienica

della (antigeni somatici o antigeni O); quasi PAMPs= Pathogen

mannosio →i Associated Molecular

terminali a mannosio sono un’altra

sempre contiene Patterns profili molecolari

/

caratteristica peculiare del mondo microbico associati ai patogeni.

- Core polisaccaridico (composizione per tutti i batteri) Sono delle molecole o porzioni di

≂ molecole caratteristiche di alcuni

microrganismi (LPS,PGD, acidi

- Lipide A - endotossina (glucosammina fosforilata + acidi grassi) teicoici,recettori a mannosio...)

che non sono espresse dalle

tossiche,

responsabile delle proprietà la molecola anche se presa cellule dell' organismo ospite.

Sono attivatori di immunità

singolarmente in grado di indurre patogenicità ASPECIFICA, NON sono

antigeni ma possono agire come

tali.

Possono essere definite come

pattern molecolari conservati

range

presenti su un ampio di

possibili microrganismi.

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È possibile distruggere la parete cellulare trattando la cellula batterica con il

lisozima (lacrime, saliva, secrezioni nasali, bianco d’uovo), esso agisce

idrolizzando il legame tra N-acetil-glucosammina e acido muramico.

→protoplasti

Gram + →sferoplasti

Gram -

⚠ la penicillina pentaglicina

impedisce la formazione della

I batteri privi di parete cellulare, spontaneamente o a seguito di trattamento con

penicillina, che si trovano in un ambiente idone alla sopravvivenza (P osmotica=P

cellulare) e che mantengono le loro capacità replicative rappresentano le cosiddette

forme L ⇢ infezioni croniche resistenti agli antibiotici

lo strato di PGL rigido della parete cellulare è assente in alcuni batteri (batteri

alofili, i micoplasmi..)

7 Giulia Costanzini

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La capsula

extracellulare polisaccaridica.

Strato ben definito e polimerico di natura glicocalice.

Quando il materiale extracellulare è lasso e fibrillare viene chiamato

meccanismo adesivo,

La capsula è un insieme alle fimbrie, e di

camuffamento. S. mutans (gram+)! si

fissa ai denti, tramite il

vantaggi offerti dalla capsula : glicocalice intrappola altri

germi (placca) carie

!

- favorisce l'adesione dei batteri alle superfici (adesività)⇢ favorisce la

colonizzazione a livello delle mucose

- Protezione dalla fagocitosi

- Funzione di difesa PAMPs

⇢può nascondere la presenza di che non vengono

riconosciuti dai recettori

- biofilm*

Ingloba i batteri a formare uno speciale che li protegge dai fattori

antibatterici ubiquitari diffusi in natura

* biofilm

il rappresenta una comunità di cellule batteriche sessili, formate da una o

più specie microbiche differenti, che può colonizzare superfici biotiche o

abiotiche.

La capsula può essere osservata microscopicamente, a seguito di un’ adatta

colorazione .

- colonie in fase S (smooth): lisce, sono germi con la capsula

- Colonie in fare R (rough): rugose, sono germi privi di capsula

Variazione di fase: Retro Variazione di fase:

germi che passano dalla fase S a R;

da R a S. Sono entrambe variazioni fenotipiche e non genotipiche, questo succede

perché la produzione di capsula richiede dispendio di energia.

B. anthracis (gram +) è di natura polipeptidica.

La capsula di Questa sua

peculiarità condiziona, da un lato, la tipica colorazione metacromatica che il batterio

presenta dopo il trattamento con il blu di Loeffler, dall’altro, la permanenza e quindi

l'individuazione dei costituenti capsulari nei tessuti e nel pellame di animali morti per

carbonchio.

I flagelli filamenti proteici

I flagelli sono lunghi (diametro 12-30nm) formati da subunità di

flagellina; la sintesi e la funzione dei flagelli è regolare da 40 geni.

motilità

Sono i responsabili della della maggior parte dei batteri. Direzione del

fenomeni di chemitattici

movimento dipende spesso da , ovvero movimenti verso

sostanze attraenti e l’allontanamento da sostanze repellenti.

I flagelli sono legati ai batteri da un disco proteico, incorporato nella membrana, ed

fornita dal gradiente di

il loro movimento è rotatorio. L’energia per il movimento è

8 Giulia Costanzini

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H+ presente fra le due facce della membrana cellulare. Il movimento del

rotatorio:

flagello è

• Rotazione antioraria ⇢I flagelli si riuniscono in un fascio coerente ed il

batterio procede in un senso preciso

• Rotazione oraria⇢ i flagelli si allontanano l’uno

dall’altro e il batterio procede in modo

disordinato

Per ogni tipo di batterio i flagelli possono essere

——>

singoli o multipli

La mobilità è una nozione a carattere tassonomico,

poiché esistono batteri mobili e batteri immobili.

Pili (fimbrie)

Appendici proteiche di diversi Gram- , sono strutture tubolari cave aderenti alle

cellule batteriche.

• Pili ordinari : favoriscono l'adesione dei batteri alle superfici (adesività)

resistere a

Avere un mezzo di adesione risulta un elemento strategico per

una serie di fenomeni meccanici (es peristalsi intestinale..) messi in atto

pilo ordinario

dall’ospite per rimuovere il microrganismo. Un permette ad

specifico ceppo batterico di agganciarsi meccanicamente,

uno secondo

recettore-antirecettore, specifico recettore

una logica ad uno espresso

dalle cellule presenti ad esempio nell’uretra di un soggetto umano ( ! Non è

det