Batteriologia e virologia veterinaria - Appunti

BATTERIOLOGIA E

VIROLOGIA

VETERINARIA

A.A. 2020/21

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INDICE:

• Storia della microbiologia…………………………………………………………….pag 3

• Tipi di microrganismi (batteri, virus)…………………………………………… pag 3

• Attività dei microrganismi……………………………………………………………pag 5

• Osservazione e studio dei microrganismi……………………………………..pag 5

• Morfologia cellula batterica…………………………………………………………pag 6

• Struttura cellula batterica…………………………………………………………….pag 6

(nucleoide, plasmidi, ribosomi, materiali di riserva, membrana

citoplasmatica, parete batterica, capsula, glicocalice, appendici

batteriche, spore batteriche)

• Crescita batterica……………………………………………………………………….pag 12

• Riproduzione batterica……………………………………………………………….pag14

• Genetica dei microrganismi……………………………………………………….pag 15

(meccanismi di variabilità genetica (mutazione e ricombinazione

genica))

• Interazione microrganismo-ospite……………………………………………..pag 22

• Batteriologia diagnostica e clinica……………………………………………..pag 26

(prelievo, tecniche colturali, interpretazione esami)

• Valutazione sensibilità agli antibiotici………………………………………..pag 32

• PCR (end point e real-time)………………………………………………………..pag 33

• Controllo dei microrganismi (agenti fisici e chimici)……………………pag36

• Classificazione dei batteri…………………………………………………………..pag 41

• Virologia - struttura dei virus e composizione chimica………………..pag45

• Rapporti virus/ospite…………………………………………………………………pag 49

• Tipi di infezione virale………………………………………………………………..pag 50

• Ciclo replicativo virus…………………………………………………………………pag 51

• Batteriofagi………………………………………………………………………………..pag 57

• Altre entità subvirali (viroidi, virus/acidi nucleici satelliti, prioni).pag 59

• Genetica ed evoluzione dei virus……………………………………………….pag 60

• Diagnostica virologica………………………………………………………………..pag 61

• Nomenclatura e classificazione dei virus……………………………………pag 65

• Virus e cancro…………………………………………………………………………….pag 69

• Chemioterapia antivirale……………………………………………………………pag 69

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MICROBIOLOGIA→ studio microrganismi

STORIA DELLA MICROBIOLOGIA:

Il mondo microbico è stato scoperto solo con l’invenzione del microscopio (Anton van

Leeuwenhoeck 1632-1723). Era costituito da una lente su un supporto metallico e da uno

spuntone su cui veniva messo il campione.

Inizialmente si pensava che i microrganismi si formassero

spontaneamente (TEORIA DELL’ABIOGENESI). Francesco Redi (1926-98) con

esperimenti sulla riproduzione delle mosche scoprì che in realtà si generavano da

semi o germi degli stessi microrganismi.

Pasteur (1822-95) viene chiamato da un produttore di birra che aveva dei problemi di alterazione

(putrefazione, fermentazione) e i suoi studi dimostrarono che i microrganismi causano alterazione della

materia organica. Scoprì anche che alcuni m.o. possono vivere in assenza di ossigeno (classificazione in m.o.

anerobi e m.o. aerobi).

Semmelweiss (ginecologo) (1818-659 e Lister (1827-1912) correlarono i microrganismi alle malattie. Il

primo impose il lavaggio delle mani prima di seguir e un parto e ci fu una diminuzione della morte da parto

delle donne. Il secondo impose la disinfezione durante le operazioni.

Gli studi di Robert Koch (1843-1910) provarono che i m.o. possono essere causa di malattie.

Studi sul carbonchio ematico→ Materiale infetto da bovino causano la malattia nel topo (per numerosi

passaggi). Riuscì ad isolare il batterio e a coltivarlo in vitro e ad osservare che produceva spore. Il batterio

coltivato in vitro poteva trasmettere la malattia a un animale sano, dal quale si poteva nuovamente isolare

il microrganismo (Postulati di Koch).

Scoperta dei virus→ La messa a punto di filtri da batteriologia per eliminare i batteri da un fluido infetto,

serviva a dimostrare che la causa della malattia erano i batteri. Iwanowsky (1864-1920) dimostrò la

presenza di agenti patogeni delle piante più piccoli dei batteri (virus del mosaico del tabacco) che non

potevano essere eliminati con i filtri da batteriologia (contagium vivum fluidum).

TIPI DI MICRORGANISMI:

- Eucarioti→ - Protozoi

-Funghi

-Alghe

- Procarioti→ -Batteri

-Archebatteri

- Virus

BATTERI:

I Batteri sono organismi unicellulari relativamente semplici.

Sono denominati procarioti (in greco “pre-nucleo”) perché il loro

materiale genetico non è racchiuso da una doppia membrana a

formare un nucleo, ma è libero nel citoplasma (nucleoide+plasmidi).

I batteri sono racchiusi da una parete batterica composta principalmente da una struttura denominata

peptidoglicano, costituita appunto da proteine e carboidrati.

I batteri si riproducono generalmente in due cellule identiche: questo processo si chiama scissione binaria.

La maggior parte dei batteri ha una forma ben definita. Le forme principali includono bacilli, cocchi e spirilli,

ma ci sono anche batteri stellati e cubici.

In seguito alla divisione i batteri possono raggrupparsi in coppie, catenelle, grappoli, o altre particolari

conformazioni, che sono di solito caratteristiche di particolari generi o specie di batteri.

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Molti batteri sono inoltre capaci di muoversi utilizzando particolari appendici denominate flagelli.

Gran parte dei batteri utilizzano sostanze derivate da altri organismi, vivi o morti, e sono quindi eterotrofi,

anche se alcuni possiedono capacità biosintetiche (es. fotosintesi) e sono autotrofi.

ARCHEBATTERI:

Anche gli archea sono procarioti, ma differiscono dai batteri per alcune caratteristiche fondamentali, fra cui

il fatto che la loro parete, se presente, non ha il peptidoglicano, il principale costituente della parete

batterica.

Anche il loro metabolismo è differente sotto molteplici aspetti, più simili agli eucarioti.

Si dividono in tre gruppi principali:

• Metanobatteri→ il prodotto della loro respirazione è il metano

• Alofili estremi→ amano il sale e vivono in ambienti proibitivi come il Mar Morto

• Termofili estremi→ vivono nelle acque calde solforose, come i geyser

Gli archea non causano malattie note negli animali.

FUNGHI:

I funghi sono eucarioti, organismi in cui il materiale genetico (DNA) è racchiuso da una membrana a

formare un nucleo.

La cellula fungina è caratterizzata da una parete rigida composta principalmente da chitina.

Possono presentarsi in forma unicellulare (lieviti) o pluricellulare (muffe).

I lieviti sono microrganismi ovali più grandi dei batteri. Riproduzione per gemmazione.

Le muffe formano masse visibili dette miceli composte da lunghi filamenti, le ife, e sono per questo dette

anche funghi filamentosi.

Alcuni funghi sono tuttavia dimorfici: assumono cioè la forma di lievito o di muffa a seconda delle

condizioni ambientali; questo è tipico di certi funghi patogeni che crescono come muffe nel suolo e come

lieviti nei tessuti dell’ospite che infettano (es. candida).

ALGHE:

Le alghe sono un gruppo molto diversificato di microrganismi che vanno da singole cellule microscopiche

alle alghe marine, che raggiungono notevoli dimensioni.

Possono essere mobili o immobili e posseggono in prevalenza una parete cellulare che nelle diatomee è

costituita da materiale siliceo.

Con una sola eccezione, le alghe sono fotosintetiche e si riconoscono facilmente per la presenza di

cloroplasti nel citoplasma. Attraverso la fotosintesi, le alghe generano quasi la metà dell’ossigeno presente

nell’atmosfera terrestre. Poiché per questo processo è indispensabile la luce solare, la maggior parte delle

alghe necessita di habitat esposti alla luce e quindi non infetta gli animali o le persone. Unica eccezione è

rappresentata dalla Prototheca, un’alga che ha apparentemente perso la sua capacità fotosintetica ed è

responsabile di una rara malattia, la prototecosi. Altre alghe possono produrre tossine e contaminare le

acque in cui vivono.

PROTOZOI:

Sono organismi unicellulari con le caratteristiche tipiche delle cellule del mondo animale:

• Privi di parete

• Incapaci di realizzare fotosintesi

Sono molto mobili grazie alla presenza di flagelli, ciglia o pseudopodi (movimento di tipo ameboide).

Possono vivere in forma libera o parassitaria e in questo caso possono causare svariate malattie.

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VIRUS:

I virus sono microrganismi particolari perché non hanno una struttura cellulare.

I visus hanno piccolissime dimensioni (10-300 nm) e sono parassiti obbligati.

La loro struttura è molto semplice: core (acido nucleico), capside (involucro proteico) e in alcuni casi

envelope (membrana lipidica esterna).

Possono infettare batteri (batteriofagi), piante e animali (insetti, molluschi, vertebrati).

Distribuzione dei m.o. in natura→ occupano praticamente tutti gli ambienti naturali: suolo, acqua, aria,

superfici vegetali e animali.

Ogni sede anatomica ha il suo microbioma.

Scoperte recenti stanno identificando una flora microbica anche in

organi che si pensava fossero sterili (es. SNC).

Il rumine dei ruminanti è l’unico microambiente che contiene tutti i tipi di m.o.

ATTIVITÀ DEI MICRORGANISMI:

Attività benefiche:

- Decomposizione materiale organico (rumine, decomposizione dei liquami)

- Fissazione dell’azoto (azoto atmosferico-ammoniaca-proteine e acidi nucleici)

- Digestione cellulosa (rumine)

- Fermentazioni (vino, pane, formaggi)

Attività nocive:

- Agenti di malattia

- Contaminazione e degradazione degli alimenti

OSSERVAZIONE E STUDIO DEI MICRORGANISMI:

Esame microscopico→

_Microscopia ottica (10, 40, 100x + 10x oculare):

• In campo illuminato (bassa risoluzione)

• A immersione (obiettivo 100x; in olio di cedro; aumenta la risoluzione)

• In campo oscuro (si utilizza un colorante -la china- che resta all’esterno del m.o.; la luce non entra

nell’obiettivo; tecnica utilizzata per verificare la mobilità del m.o.)

• A contrasto di fase (osservazione di strutture dei microrganismi vivi, in quanto l’utilizzo del

colorante ucciderebbe il m.o.)

• A fluorescenza (luce UV; maggiore risoluzione)

_Microscopia elettronica (10.000.000x):

• A trasmissione - TEM (preparazioni purificate di virus, sezioni ultrasottili di organismi o cellule

uccise fissate, disidratate e colorate; tecnica del freezeetching→ congelamento a bassissime T e

frantumazione della cellula a metà, su queste metà si vanno a stratificare metalli pesanti che

creano il calco del campione)

• A scansione - SEM (immagine tridimensionale)

Il campione disperde o assorbe gli elettroni in base al suo spessore, densità e composizione chimica.

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MORFOLOGIA CELLULA BATTERICA:

La morfologia si riferisce alla forma e alle dimensioni delle singole cellule batteriche, ma anche al modo con

cui queste si dispongono tra loro.

- Cocchi (sferici con diametro 0,5-1 µm)→ si dispongono

a gruppi diplococchi, streptococchi (catenelle), tetradi,

sarcine e stafilococchi (grappolo). La forma dipende

dall’asse di divisione durante la scissione binaria, dalle

condizioni ambientali e dai terreni di coltura.

- Bacilli (bastoncelli con lunghezza 1-10 µm)→ Possono

avere svariate forme da coccobacilli (corti e ovoidali) a

vibrioni (ricurvi). Di solito sono singole cellule separate,

a volte diplobacilli o streptobacilli, altri a palizzata (asse

di divisione durante scissione binaria su lato maggiore)

o ad angolo o coccobacilli.

- Spirilli (spirale)→ Si dividono in due gruppi spirilli (rigidi)

e spriochete (flassibili). Essendo molto sottili bisogna

osservarli in campo oscuro.

- Filamentosi

- Pleomorfi (con più forme)

STRUTTURA DELLA CELLULA BATTERICA:

La cellula batterica è molto semplice rispetto alla cellula eucariote.

Non possiede organelli specializzati nelle diverse funzioni.

• Nucleoide (genoma)

• Ribosomi

• Membrana citoplasmatica

• Parete cellulare (peptidoglicano)

• Capsula

• Appendici (flagelli, fimbrie, ciglia)

STRUTTURE INTRACITOPLASMATICHE:

Nel citoplasma dei batteri si trovano: nucleoide, ribosomi, plasmidi, inclusioni citoplasmatiche (materiale di

riserva), acqua, enzimi e piccole molecole.

-NUCLEOIDE→ principale struttura dove è localizzata l’informazione genetica del batterio.

Unico cromosoma circolare aploide superavvolto. Non è dotato di membrana di rivestimento, ma è DNA

nudo, privo anche di rivestimento proteico. Si duplica quando la cellula si divide, è addossato ai mesosomi.

Le dimensioni variano in base alle specie batteriche (molto piccolo nei micoplasmi-1000 geni, molto grande

nei cianobatteri 10.000 geni).

-PLASMIDI→ materiale genetico extracromosomiale con capacità di replicarsi autonomamente e

permanere nella cellula batterica per diverse generazioni. Sono molecole di DNA a doppio filamento

circolari. Contengono da 50 a 100 geni non essenziali per la sopravvivenza della cellula.

Possono essere trasmessi alle cellule figlie, ad altri batteri (coniugazione), possono essere eliminati (curing)

e possono integrarsi nel cromosoma batterico (episomi che possono fare processo inverso).

Una singola cellula batterica può contenere più di un plasmide (es. batteri enterici patogeni).

Plasmid fingerprint (indicazioni tassonomiche) consente di classificare i batteri a seconda dei plasmidi

contenuti in essi. 6

Tra le informazioni codificate dai plasmidi ci sono resistenza antibiotici (fattore R), produzione di tossine,

produzione di appendici di adesione, produzione di pili sessuali (fattore F).

-RIBOSOMI→ I ribosomi sono deputati alla sintesi proteica. Le proteine sono la maggiore componente dei

batteri che consumano il 90% delle proprie energie per sintetizzarle.

Sono molto numerosi nella cellula batterica (fino a 15.000).

Sono più piccoli e leggeri di quelli degli eucarioti (70S vs 80S).

Sono costituiti da due subunità: 50S e 30S. L’rRNA 16S (della

subunità 30S) è spesso sequenziata per identificare le varie specie

batteriche. Questa differenza tra eucarioti e batteri può essere

sfruttata durante le terapie (sostanze tossiche per batteri ma non

per le cellule dell’ospite).

Diversa suscettibilità agli antibiotici.

-MATERIALI DI RISERVA→ Granuli di polimeri a elevato peso molecolare con funzione di riserva alimentare.

Ogni specie batterica immagazzina un solo tipo di materiale di riserva. La sintesi di queste inclusioni

granulari dipende dal terreno e dalla fase di crescita.

• Glicogeno

• Amido

• Acido poli-b-idrossibutirrico

• Sali polimerici (meta- e poliforsati; granuli metacromatici, cioè si colorano di un colore diverso dal

colorante usato)

• Lipidi

MEMBRANA CITOPLASMATICA:

Delimita e conferisce l’identità alla