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tutta la lunghezza della cellula (sintesi laterale), che per la sintesi nella regione centrale della cellula

batterica, con formazione del setto.

Nelle forme cocciche l’elongazione della parete avviene solo a livello equatoriale. Si allungano a livello

centrale con formazione del setto.

MEMBRANA PERIPLASMATICA E COLORAZIONE DI GRAM

Nei batteri gram- è presente il periplasma, costituito da uno spazio contenente peptidoglicano, che presenta

all’interno la membrana citoplastmatica e all’esterno un’altra membrana (peripasmatica).

La membrana esterna dei batteri gram-, detta membrana periplasmatica ha una struttura fosfolipidica

ma sulla superficie esterna presenta uno strato di lipopolisaccaridi, la cui struttura è varia a seconda delle

specie batteriche considerate. In tutti i gram- si possono distinguere tre zone nelle code di lipopolisaccaridi:

- lipide A, zona più interna;

- core polisaccaridico, parte intermedia;

- polisaccaride 0, pare più esterna.

I lipopolisaccaridi sono ritenuti i determinanti antigenici dei batteri gram-, ossia quelle molecole in grado di

stimolarne la risposta immunitaria.

La membrana serve come barriera selettiva. Come quella citoplasmatica, ha scarsa permeabilità ai soluti

idrofilici. Per consentire il passaggio dei nutrienti e l’uscita dei prodotti finali del metabolismo, presenta dei

canali, composti da proteine dette porine, che consentono il passaggio non specifico di soluti idrofilici di

bassa massa molecolare.

Attraverso la colorazione di Gram, si distinguono batteri gram+ e gram-. Con questa tecnica si può capire

in anticipo la presenza di specie patogene e subpatogene nei gram-.

La prima fase è il fissaggio: viene distribuita una sospensione cellulare su un vetrino portaoggetti

opportunamente pulito. Questo viene avvicinato alla fiamma di un becco bunsen, provocando l’evaporazione

dell’acqua in modo da far aderire le cellule batteriche.

Dopo il fissaggio avviene una colorazione mediante il cristalvioletto: si appongono delle gocce, si

attende un minuto e si lava con acqua distillata il colorante in eccesso. Esaminando le cellule in questa fase,

sia le gram- che le gram+ hanno colorazione violetta.

La terza fase è il trattamento con una soluzione di lugol: sul vetrino si pongono alcune gocce di tale

soluzione (a base di iodio e ioduro di potassio), con lo scopo di stabilizzare il cristalvioletto precedente. La

soluzione permane per circa tre minuti, dopo di che sempre con acqua distillata si rimuove la soluzione in

eccesso.

A questo punto c’è una fase di decolorazione: sul vetrino si pone etanolo o una miscela di etanolo e

acetone per circa 20 sec. A questo punto si avrebbero cellule blu violetto (gram+) e incolore (gram-).

Per evidenziarne ulteriormente le differenze, avviene una quinta fase di colorazione con la safranina:

questa permane sul vetrino per 1-2 minuti e viene eliminata con acqua distillata. A questo punto al

microscopio ottico, a 40-100X, si vedranno le cellule gram+ colorate di blu e le gram- colorate di rosso.

La tecnica che utilizza due colorazioni differenti in microbiologia è detta colorazione di contrasto.

La fase fondamentale della colorazione di gram è la decolorazione, in quanto il decolorante è in grado di

attraversare la membrana esterna dei gram-, oltrepassare il periplasma ed entrare nel citoplasma, portando

e non c’è

via il cristalvioletto. Nei gram+ non riesce ad attraversare lo strato di peptidoglicano decolorazione.

Lo stesso vale per la safranina che andrà a colorare soltanto i gram- di rosso.

STRATO S E GLICOCALICE

Nei procarioti, oltre alle strutture fondamentali, possono esserci degli strati esterni aggiuntivi per migliorare

l’interazione con l’ambiente esterno. Le strutture esterne possono essere di due tipi:

- strati s (s-layer), proteici o lipoproteici, che avvolgono le cellule;

- glicocalici, strati di tipo polisaccaridico. Comunemente i glicocalice si dice capsula o strato mucoso ed è

un guscio di consistenza varia che riveste le cellule batteriche.

Anche queste strutture possono fungere da determinanti antigenici. Ad esempio possono scatenare

meningiti o polmoniti batteriche. La produzione di una capsula esterna è una caratteristica positiva nella

produzione di yogurt, del quale determina viscosità e aspetto vellutato.

APPENDICI ASSOCIATE ALLA PARETE CELLULARE

Le appendici dei batteri possono essere essenzialmente di tre tipologie: flagelli, pili e fimbrie.

Con lo studio di queste appendici si possono ricavare informazioni tassonomiche.

I flagelli servono al batterio per la locomozione. Se il batterio ha un solo flagello a una sola estremità, si dice

monotrico, se ne ha uno a entrambe le estremità, si dice anfitrico. Se ha un ciuffo di flagelli a una o a due

estremità si dice lofotrico. Se i flagelli sono distribuiti su tutta la superficie cellulare si dice peritrico.

Il flagello è formato da numerose subunità proteiche di flagellina (proteina). Strutturalmente è cavo e si

In quest’ultima le

distinguono tre regioni: filamento, uncino e placca basale. subunità proteiche sono

disposte a formare una serie di dischi o anelli, il cui numero cambia a seconda che si parli di gram- o gram+.

Nei gram- i dischi o anelli sono quattro, mei gram+ sono soltanto due.

Il movimento del flagello è di tipo rotatorio attorno al proprio asse. Quindi a seconda del senso del

movimento del flagello, si avrà il senso del movimento del batterio. Il movimento avviene grazie a complessi

proteici in grado di sfruttare la forza protonmotrice.

Nei peritrichi, il movimento può essere coordinato coi flagelli che muovono nella stessa direzione In

particolare si ha una conformazione a ciuffo quando i flagelli avanzano in una direzione. Quando si inverte la

direzione dei flagelli, il ciuffo non si forma e si ha capovolgimento casuale della cellula batterica.

Il fatto che un batterio decida di avanzare o andare in una certa direzione è regolato da meccanismi di

chemiotassi. Per chemiotassi si intende la capacità di un microrganismo di muoversi verso la concentrazione

maggiore di una sostanza attrattiva, o di allontanarsi da una sostanza repellente. Esistono proteine ad

elevata specificità verso i repellenti o gli attraenti, le quali sono in grado di cambiare conformazione una volta

dà il segnale al flagello per la rotazione in un senso o nell’altro. Non tutti i

stabilito il legame. Il cambiamento

batteri sono dotati di flagelli di locomozione. La chemiotassi è positiva se il batterio si avvicina a un attraente;

è negativa se si allontana da un repellente.

Pili e fimbrie hanno struttura simile fra loro. Sono appendici più corte e tozze dei flagelli e non hanno

funzione di locomozione. Sono appendici proteiche di pilina. Si può dire che le fimbrie sono deputate

all’ancoraggio delle cellule batteriche a delle particelle solide, mentre i pili sono generalmente strutture cave

che possono essere coinvolte in fenomeni di trasferimento di materiale genetico orizzontale (pili sessuali).

ENDOSPORA BATTERICA

L’endospora è una forma di resistenza e sopravvivenza della cellula batterica, che assume uno stato di vita

latente in cui interrompe le attività metaboliche diventando resistente a fattori ambientali avversi.

La sporulazione (attitudine a produrre spore) è geneticamente codificata ed è propria di un limitato numero di

specie gram+ appartenenti soprattutto ai generi bacillus e clostridium.

La sporulazione si suddivide in otto fasi:

- stadio 0, in cui la cellula è ancora in attività vegetativa;

- stadio I, filamentazione assiale. I due cromosomi batterici formatisi a seguito di una normale replicazione,

assumono l’aspetto di doppio filamento che si dispone lungo l’asse maggiore della cellula;

- stadio II, divisione asimmetrica. La membrana citoplasmatica, forma un setto spostato verso una delle

estremità della cellula, isolando il materiale genetico della futura spora (pre-spora) da quello del resto della

cellula (cellula madre o sporangio). Inizialmente la pre-spora contiene solo il 30% del suo cromosoma.

Successivamente, una DNAtraslocasi, pompa in essa il restante 70%. Oltre il materiale genetico viene

catturata anche una piccola porzione di citoplasma (con ribosomi e RNA), che costituirà il core o protoplasto

della spora, formato nel complesso da strutture come citoplasma, membrana, parete e nucleotide;

- stadio III, invaginazione. La cellula madre ingloba al suo interno la pre-spora, che così sarà avvolta da

una doppia membrana citoplasmatica. Ciò interferisce col normale trasporto ionico e dei nutrienti, con

prossimi a 1. Ciò interrompe l’attività

conseguente perdita di acqua e abbassamento del pH interno a valori

metabolica instaurando criptobiosi;

- stadio IV, sintesi della corteccia . Le due membrane sintetizzano nello spazio fra esse uno strato di

All’interno della pre-spora,

peptidoglicano lasso, che conferisce resistenza alle radiazioni, detto corteccia.

invece, viene incorporata una gran quantità di dipicolinato di Ca;

- stadio V, sintesi della tunica. Avviene la sintesi di un altro rivestimento detto tunica o parete della spora,

chimica. Può seguire anche la sintesi dell’esosporio,

formato da uno o più strati proteici che dà resistenza

strato più esterno, di natura lipidica. Ciò accade, mentre la prespora va incontro a disidratazione;

- stadio VI, maturazione. Vengono acquisite le definitive caratteristiche di resistenza senza però evidenti

modificazioni morfologiche. La cellula madre va in lisi e la spora viene liberata nell’ambiente.

- stadio VII, lisi della cellula madre.

Tutto il processo a seconda delle specie dura dalle 7 alle 15 ore.

dell’endospora batterica, avviene a seguito di un’attivazione che può essere dovuta ad

La germinazione

esempio a un riscaldamento a temeperature sub-letali.

La germinazione è caratterizzata da una serie di eventi degradativi innescati da germinanti, che possono

essere nutrienti specifici e anche composti non nutritivi, enzimi (lisozima) o stimoli fisici. L’interazione di un

germinante con il recettore specifico, innesca l’attivazione di enzimi che depolimerizzano il peptidoglicano

della corteccia, facendo entrare acqua, che insieme alla sintesi di RNA, proteine e DNA, porta a un

L’idratazione porta inoltre all’escrezione di alcuni componenti

rigonfiamento della spora detto esocrescita.

solubili contenuti nel citoplasma, quali Ca, acido dipicolinico, K e altri cationi e alla perdita di resistenza.

l’indice di rifrazione si abbassa e le spore perdono la loro tipica rifrangenza

Contemporaneamente,

presentandosi opache al microscopio.

ELEMENTI GENETICI DELLA CELLULA BATTERICA

Gli elementi genetici della cellula batterica sono: cromosoma, plasmidi, elementi trasponibili (sequenze

d’inserzione e trasposomi) e virus (presenti solo temporaneamente).

CROMOSOMA BATTERICO

I batteri hanno generalmente un unico cromosoma circolare, formato da una molecola di DNA a doppia

elica, che pur essendo legato a proteine, si può considerare nudo. La lunghezza del DNA è espressa in basi.

Una doppia elica di DNA di 4000 basi, equivale a quattro paia di kilobasi; quando la lunghezza raggiunge un

milione di paia di basi, si parla di megabasi (Mb). La doppia elica è organizzata in domini superavvolti in

cui proteine specifiche si legano al DNA rendendolo più stabile. Nell’E. Coli sono stati evidenziati circa 50

domini superavvolti. Il suo cromosoma è lungo circa 4,6 Mb e misura circa 1 mm, ma essendo

superavvolto, occupa solo il 10% dell’intero volume cellulare.

All’interno di una cellula batterica però, il DNA può essere presente anche in forma rilassata (non

sono necessari. Il superavvolgimento serve all’impacchettamento

superavvolta) ed entrambi questi due stati

del DNA all’interno della cellula, la forma rilassata è necessaria per la sua replicazione.

Gli enzimi coinvolti nella transizione fra questi due stadi, appartengono alle topoisomerasi:

- DNAgirasi che partecipa al superavvolgimento del DNA;

- topoisomerasi I, che contribuisce alla struttura rilassata.

L’informazione genetica si esprime attraverso tre fasi:

- replicazione, processo di duplicazione che utilizza uno stampo del DNA;

- trascrizione, processo di sintesi di mRNA su uno stampo di DNA;

processo di sintesi delle proteine che utilizza come stampo l’informazione genetica dell’mRNA.

- traduzione, basi dell’mRNA.

La sequenza degli amminoacidi di ogni proteina, è determinata dalla specifica sequenza di

Necessitano tre basi (codone) per codificare un singolo amminoacido. Il codice genetico è tradotto in

proteine da un complesso di sintesi a cui partecipano ribosomi (rRNA) RNA transfer (tRNA) e numerosi

enzimi.

La replicazione è il meccanismo attraverso cui le informazioni genetiche passano da una generazione

all’altra. La cellula figlia riceve un cromosoma identico a quello della cellula madre.

Nella replicazione una molecola di DNA a doppia elica, è convertita in due identiche molecole figlie. La

struttura complementare delle sequenze delle basi e l’orientamento antiparallelo dei due filamenti della

doppia elica, sono la chiave della replicazione.

Inizia sempre in un punto specifico detto origine di replicazione. Qui, la doppia elica di DNA si apre e la

replicazione comincia su entrambi i filamenti, procedendo in entrambe le direzioni lungo la forcella di

replicazione. Spesso la replicazione è bidirezionale e si formano due forcelle di replicazione che si muovono

in direzioni opposte dando origine a una forma caratteristica a theta.

Il meccanismo replicativo è semiconservativo, perché le due nuove doppie eliche, sono formate da un

filamento neosintetizzato e da uno parentale.

Sulla forcella di replicazione, la doppia elica del DNA si srotola e i due filamenti si separano per azione

dell’elicasi. Dato l’orientamento antiparallelo dei due filamenti (5’P→3’OH, 3’OH →5’P) e dato che la

replicazione procede sempre dal 5’P al 3’OH, la crescita sarà diversa sui due filamenti. Sul filamento che

in direzione 5’P→3’OH, la sintesi del nuovo DNA è continua perché sulla forcella di replicazione c’è

cresce

sempre un gruppo 3’OH libero a cui aggiungere il nuovo nucleotide per azione della DNA polimerasi. Sul

filamento che cresce in direzione 3’OH →5’P, invece, la sintesi sarà discontinua (frammenti di Okazaki)

perché sulla forcella di replicazione manca il gruppo 3’OH libero (filamento leading o guida). Su questo

l’enzima

filamento (filamento lagging), primasi sintetizza un innesco di RNA che fornisce gruppi 3’OH

liberi. La DNA polimerasi III continua la sintesi discontinua aggiungendo frammenti di Okazaki.

Successivamente interviene la DNA polimerasi I che sostituisce gli inneschi di RNA con nuovo DNA. A

neosintetizzate, con l’ottenimento del filamento

questo punto interviene la ligasi che unisce le catene

completo.

L’insieme delle proteine e degli enzimi coinvolti nella replicazione forma un complesso detto replisoma.

Oltre a legare fra loro i nucleotidi, le DNA polimerasi svolgono un compito di correzione della lettura detto

proofreading, che rimuove rapidamente i nucleotidi in possesso di basi azotate non correttamente appaiate.

Nella cellula batterica sono presenti tre tipi di RNA:

che trasferisce l’informazione genetica dal DNA ai

- mRNA, messaggero ribosomi, dove avviene la sintesi

proteica. L’informazione genetica di una sequenza di basi del DNA stampo, è riscritta in modo che la stessa

appaia nella sequenza di basi dell’mRNA;

- tRNA, transfer;

- rRNA, ribosomiale.

Questi ultimi sono coinvolti nella sintesi proteica. Il primo trasferisce gli amminoacidi e il secondo si trova nei

ribosomi, dove avviene la sintesi.

è un processo in cui l’informazione genetica del DNA è

La trascrizione trascritta in una sequenza di basi

sintesi di un filamento di mRNA su uno stampo di DNA: l’RNA

complementari di mRNA. Consiste nella

differisce dal DNA per lo zucchero (ribosio e non desossiribosio), per una base (uracile e non timina) e per

struttura (è a singola elica).

La trascrizione ha inizio quando l’RNA polimerasi si lega al DNA in regioni specifiche, dette promotori. La

doppia elica del DNA è aperta dall’RNA polimerasi a livello del promotore e brevi segmenti di DNA si

srotolano e le basi dell’elica stampo sono ricopiate in un filamento di RNA complementare. Solo una delle

due eliche del DNA è trascritta e la scelta è determinata dall’orientamento delle sequenze del promotore.

Il processo si ferma in corrispondenza di sequenze dette terminatori della trascrizione. A questo punto

l’RNA polimerasi e la molecola di RNA neoformata si staccano dal DNA.

L’enzima chiave processo è l’RNA polimerasi, che in E. Coli, è formata da 4 subunità proteiche (α, α, β,

del

β) ed un fattore proteico detto σ.

fattore Questo è responsabile del riconoscimento della sequenza del

parte dell’RNA polimerasi e partecipa solo alla formazione del complesso di inizio della

promotore da

trascrizione, fra complesso enzimatico e DNA. Grazie all’interazione con σ, le 4 subunità, formano il core

dell’enzima e si legano saldamente al promotore iniziando la σ.

trascrizione. Ciò comporta il rilascio di

è il processo attraverso cui l’informazione

La traduzione genetica viene trasferita tramite il tRNA e i

dall’mRNA alle proteine.

ribosomi,

La sintesi proteica si dice traduzione perché decodificando il linguaggio degli acidi nucleici mediante il codice

genetico, lo traduce nel linguaggio delle proteine.

Il codice genetico è la correlazione fra le triplette di basi dell’mRNA (codoni) e gli amminoacidi: ogni codone

codifica uno specifico amminoacido. Ci sono 64 possibili codoni, di cui 61 sono di senso e codificano uno

specifico amminoacido e tre sono di non senso o stop, a cui non corrisponde alcun amminoacido.

Dato che gli amminoacidi sono 20 e i codoni 61, più codoni codificano lo stesso amminoacido (Es. UCU,

UCC, UCA, UCG, codificano tutti la serina). Si dice quindi che il codice è degenerato.

Nei batteri la traduzione inizia sempre col codone AUG che codifica quando è a inizio sequenza, la N-

formilmetionina.

La traduzione termina infine con uno dei codoni non senso (UAA, UGA e UAG).

A questo punto avviene la sintesi proteica. Questa, pur svolgendosi in modo continuo sui ribosomi, può

suddividersi in tre fasi: inizio, elongazione e terminazione-rilascio.

il codone d’inizio AUG e una sequenza a monte di

Nella fase di inizio una molecola di mRNA, portante

esso, si lega a una subunità ribosomiale piccola (30S). Quindi, uno speciale t-RNA di partenza, si lega al

codone di inizio AUG. Il tutto si lega alla subunità più grande (50S) dando vita a un ribosoma funzionale, che

possiede due siti di legame: il sito P (peptidico) e il sito A (accettore).

L’elongazione consiste nell’aggiunta di un amminoacido per volta alla catena polipeptidica nascente.

Consta di tre passaggi: in cui l’anticodone del tRNA, recante l’amminoacido, si appaia col codone

- riconoscimento del codone,

dell’mRNA nel sito A;

- formazione del legame peptidico, il polieptide si stacca dal sito P e si lega con legame peptidico

all’amminoacido del sito A;

- traslocazione, in cui il tRNA del sito P abbandona il ribosoma e il tRNA del sito A col polipeptide si sposta

in P.

La fase di terminazione si ha quando nel sito A giunge un codone di arresto (UAA, UGA, UAG) per il quale

non è codificato alcun amminoacido.

PLASMIDI

Nel citoplasma, oltre al cromosoma, si possono trovare molecole più corte di DNA, generalmente circolari,

dette plasmidi. Questi elementi genetici, replicano indipendentemente dal cromosoma.

I plasmidi codificano per funzioni non indispensabili alla cellula, ma possono essere essenziali o vantaggiosi

in particolari ambienti. Ad esempio, veicolano spesso trasposoni o geni che codificano per la resistenza agli

antibiotici (plasmidi R) o anche geni che codificano per la sintesi di batteriocine. Esistono altri tipi di plasmidi:

- plasmidi metabolici, che portano geni che codificano per enzimi degradanti sostanze come composti

aromatici, pesticidi, e alcuni zuccheri;

- plasmidi di virulenza, che rendono il batterio che li ospita più patogeno in quanto diventa capace di

di resistere meglio alle difese dell’ospite;

produrre tossine o

- plasmidi criptici, di tipo sconosciuto;

- episomi, che possono duplicarsi indipendentemente dalla duplicazione del DNA plasmidico.

L’instabilità fenotipica dei caratteri, determinata da geni plasmidici, può essere dovuta alla perdita del

plasmide relativo al carattere stesso. Una delle principali caratteristiche di un plasmide è quella di poter

essere perso dalla cellula ospite, in seguito a condizioni di crescita o trattamenti diversi. Questo processo,

curing, è dovuto all’inibizione della replicazione del plasmide, senza la contemporanea inibizione della

replicazione del cromosoma.

I sistemi di duplicazione utilizzati dal DNA plasmidico sono tutti semiconservativi e possono seguire

meccanismi diversi. In linea di massima, i batteri gram- replicano secondo il modello theta, quelli gram+

secondo il modello RC (a circolo rotante).

La duplicazione a circolo rotante caratterizza la moltiplicazione dei plasmidi in fase coniugativa e di vari DNA

inizia con un taglio specifico, presso l’origine della replicazione, su uno dei due filamenti del

virali. La sintesi

DNA (filamento +). Gli enzimi replicativi (DNA polimerasi III) sintetizzano nuovo DNA a partire dall’estremità

libera 3’, usando come stampo, il filamento Mentre l’estremità 3’ si allunga con aggiunta di

non tagliato.

nuovi deossiribonucleotidi, l’estremità 5’ si allontana formando una coda che viene subito ricoperta da

proteine SSB (single-strand binding, che sono in grado di legare i DNA a singolo filamento per previnirne il

da stampo per l’elica lagging. La primasi

riappaiamento con un altro singolo filamento). La coda, funge

sintetizza frammenti di RNA che vengono poi allungati dalla DNA polimerasi III e rimossi dalla DNA

polimerasi I. Infine vengono riuniti dalla DNA ligasi..

L’insieme di tutto il DNA contenuto nella cellula (cromosoma e plasmidi) si dice genoma.

ELEMENTI GENETICI NON REPLICONI: SEQUENZE DI INSERZIONE E TRASPOSONI

Nella loro evoluzione, i batteri hanno accumulato elementi genetici accessori, incapaci di replicarsi

autonomamente e quindi non repliconi, ma capaci di spostarsi (trasposizione) da un replicone

(cromosoma o plasmide) all’altro. Questi elementi genetici mobili, possono entrare (integrarsi) nelle

cellule non solo se veicolati da i plasmidi (coniugazione) e da virus batterici chiamati batteriofagi

(trasduzione), ma anche direttamente acquisiti tramite DNA libero (trasformazione).

Gli elementi genetici mobili, detti anche geni saltellanti (jumping genes), sono suddivisi in due gruppi:

sequenze d’inserzione (IS);

-

- trasposoni (Tn).

sequenze d’inserzione

Le hanno dimensioni comprese fra 200 e 800 bp. Alle estremità hanno sequenze

particolari di DNA, dette sequenze ripetute e invertite (IR), per la loro particolare sequenza nucleotidica. Al

centro della struttura si trovano le trasposasi, geni utili per la mobilizzazione di questi elementi.

I trasposoni sono in sostanza delle IS di dimensioni maggiori, contenenti, oltre ai geni necessari alla

trasposizione, informazioni genetiche di altro tipo: ad esempio antibiotico resistenze. Ogni trasposone

contiene due copie, una per estremità, della stessa IS.

Gli elementi non repliconi, hanno lo scopo di aumentare la variabilità genetica.

Possono dunque trasportare geni da un’organismo all’altro.

Possono inattivare geni già presenti nel replicone in cui vanno a inserirsi.

I trasposoni non codificano per funzioni indispensabili per la cellula ma possono garantire un vantaggio in

ambienti particolari. Sono associati generalmente alla resistenza agli antibiotici. alla produzione di

all’utilizzazione

sostanze che inibiscono la crescita di altri batteri (batteriocine), di alcuni zuccheri e

alla fagoresistenza.

Quando uno di questi elementi non replicativi trasponibili, si inserisce in un altro punto del DNA (DNA

quest’ultimo

bersaglio), si verifica la duplicazione di una breve sequenza presente su nel punto in cui

avviene l’integrazione. è dovuta all’attività dell’enzima

La duplicazione della sequenza bersaglio

trasposasi. Questo causa la rottura di un solo filamento del DNA bersaglio. Il trasposone, si attacca alle

estremità a singola elica generate dalla trasposasi e la chiusura delle porzioni a singolo filamento, effettuate

da enzimi della cellula batterica, determina la duplicazione di piccole zone di DNA a monte e a valle dal

punto d’inserzione del trasposone nel DNA ospite. Alcuni elementi trasponibili hanno sequenze bersaglio

preferenziali, altri si inseriscono nel genoma casualmente.

La trasposizione può essere:

- conservativa, in cui alla fine del processo di trasposizione, resta una sola copia di trasposone in posizione

diversa;

- replicativa, in cui si ha una duplicazione e una nuova copia si inserisce in una posizione diversa, mentre

una copia dell’elemento trasponibile resta nel sito originale.

La mobilità dei non repliconi comporta variazioni nella composizione genetica e nell’espressione fenotipica

dell’ospite batterico. In particolare, l’escissione di un trasposone può portare ad una delezione, ossia la

perdita di uno o più geni, precisamente di quelli portati dal trasposone stesso. Al contrario, l’integrazione di

può originare l’acquisizione di uno o più geni.

un trasposone su un nuovo replicone

Infine l’inserimento di una IS o di un Tn in un replicone può originare un’inserzione inattivante, ossia

inattivazione per interruzione del gene.

BATTERIOFAGI

I virus sono agenti infettivi con una struttura semplice acellulare, contenente un solo tipo di acido nucletico

(DNA o RNA). Esternamente hanno un involucro proteico e talvolta complessi strati protettivi formati da

carboidrati, lipidi e altre proteine. Sono incapaci di riprodursi esternamente alle cellule. I virus batterici si

dicono batteriofagi.

I batteriofagi hanno genomi con RNA o DNA. Varie sono le strutture dei virus: i più semplici hanno

soltanto l’acido nucleico avvolto da un rivestimento proteico detto capside; i più complessi sono i fagi T-pari

(T2 o T4), costituiti da: testa, coda, piastra e fibre caudali.

I batteriofagi si distinguono in:

che determinano il ciclo litico, lisando la cellula batterica dopo l’infezione;

- virulenti,

- temperati, che determinano la lisogenia in cui il loro genoma si replica nella cellula ospite, senza ucciderla.

Il virione T4 è strutturalmente complesso, formato da:

- una testa icosaedrica contenente DNA lineare a doppio filamento;

- una coda tubolare elicoidale, legata alla testa da un collo con il collare;

- una piastra basale con lunghe fibre caudali.

Il genoma del T4 codifica più di 250 proteine diverse. (T2, T6) che hanno circa l’85% di

T4 appartiene al gruppo dei virus batterici detti fagi della serie T-pari

di loro. T4 infetta E. Coli. Dopo 22 min. dall’infezione, la lisi del batterio può rilasciare da 100 a

omologia fra

300 particelle virali, ognuna contenente un genoma di circa 200 geni.

Il genoma T4 ha una sequenza lineare unica, ma i virioni hanno genomi con sequenze diverse. Il

genoma fagico è sintetizzato come un lungo concatenamento, ossia una lunga molecola di DNA formata da

diversi pezzi di genoma legati fra loro. Successivamente è tagliato da un enzima per permettere

l’impacchettamento del DNA nella testa fagica (meccanismo a testa piena). L’enzima taglia il DNA in catene

di lunghezza costante. Per riempire una testa virale, è necessario l’intero genoma, più una piccola quantità

addizionale di DNA ad una estremità. I geni in ogni testa fagica saranno gli stessi, ma il genoma inizierà con

geni differenti.

Confrontando sequenze di DNA provenienti da virioni diversi, si nota che il DNA è permutato circolarmente.

Le molecole con permutazione circolare vengono da molecole che sono state tagliate di volta in volta in

posizioni diverse. Per evitare di essere ristretto dagli enzimi della cellula batterica, il DNA del T4 ha la 5-

idrossimetilcitosina al posto della citosina e i gruppi ossidrilici sono modificati dall’aggiunta di residui di

glucosio.

L’analisi dell’infezione virale

quantitativa è fatta in piastra, con il saggio delle placche di lisi: ogni placca,

ossia l’area di lisi chiara e trasparente che si forma nel monostrato batterico non infettato, ha origine dalla lisi

ripetuta di cellule batteriche contigue infettate in numerosi cicli fagici del virione. La grandezza della placca

dipende dal virus, dalla cellula ospite e dalle condizioni di coltura.

Un’infezione virale di un coltura batterica è visualizzata in laboratorio dalla curva di crescita a ciclo unico,

che descrive la progenie fagica in funzione del tempo. Nella cellula batterica, nei primi minuti dopo

l’infezione, avviene la scomparsa delle particelle virali infettive, detta eclissi. Si ha quindi il periodo di latenza,

nucleico e la sintesi delle proteine virali internamente alla cellula. Segue

in cui si ha la replicazione dell’acido

quindi la fase di maturazione, in cui il genoma virale e le proteine sono assemblate in virioni maturi. Il ciclo si

conclude con la lisi cellulare e il rilascio dei virioni maturi. Il ciclo replicativo dura da 20 a 30 minuti per molti

batteriofagi.

Il ciclo litico comprende le seguenti fasi:

- attacco o adsorbimento del virus virulento a una cellula batterica ospite;

- penetrazione o iniezione del suo acido nucleico nella cellula batterica;

sintesi dell’acido nucleico e delle proteine virali nella cellula batterica;

-

- assemblaggio e impacchettamento delle particelle virali;

- lisi della cellula batterica con rilascio dei virioni maturi.

L’attacco di un virus al batterio è specifico ed è dovuto all’interazione fra una o più proteine presenti sulla

superficie del virus e specifici recettori della cellula batterica. Questi possono essere proteine, lipidi,

lipoproteine, zuccheri. Il fago T4 si attacca inizialmente al batterio con le lunghe fibre caudali, che

interagiscono con recettori polisaccaridici presenti sulla parete cellulare di E. Coli.

La contrazione della guaina caudale, determina l’iniezione del DNA virale nella cellula batterica, attraverso

dall’azione di un enzima simile al lisozima. Nella cellula batterica entra solo il DNA

un piccolo foro prodotto

virale, mentre testa, coda e tutte le componenti proteiche, restano all’esterno. La cellula batterica infettata

dal virus si dice permissiva per quello specifico virus.

Un minuto dopo l’attacco e la penetrazione del DNA virale, vi è l’arresto della sintesi dell’RNA dell’ospite lo

srotolamento del DNA batterico e l’inibizione della sintesi delle proteine. Contemporaneamente inizia la

dopo l’infezione inizia la replicazione del DNA virale.

trascrizione di geni fagici e quattro minuti

La trascrizione viene controllata in modo da modificare la specificità dell’RNA polimerasi dell’ospite in base

al fago presente. Pertanto deve avvenire la sintesi di nuove proteine che ne modifichino tale specificità in

modo da riconoscere i diversi promotori fagici.


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MarcoP87

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze e tecnologie agrarie
SSD:
Università: Bari - Uniba
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher MarcoP87 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia dei Microrganismi e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bari - Uniba o del prof Rizzello Carlo Giuseppe.

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