Domande e risposte, Microbiologia

Leuconostoc e Lactobacillus.

_Respirazione aerobica delle sostanze inorganiche

La respirazione aerobica delle sostanze inorganiche è effettuata dai batteri

chemiolitotrofi. Essi utilizzano come substrato sostanze inorganiche, e come ultimo

accettore della catena di trasporto hanno O2. I batteri ammonioossidanti del genere

Nitrosomonas sono in grado di ossidare l'ammonio a nitriti; i nitriti sono ossidati a nitrati

dai batteri nitrificanti del genere Nitrobacter. Altri, come Beggiatoa, utilizzano lo zolfo

che traggono da composti solforati. Alcuni batteri necessitano di un flusso inverso di

elettroni per la produzione di NADH, potenziale riducente utilizzato poi nel ciclo di

Calvin per fissare la CO2. Il flusso di elettroni della catena viene deviato e alcuni

elettroni formeranno NADH. La quantità di ATP prodotta dipende dall'elettronegatività

degli elettroni; più sono elettropositivi, meno ATP verrà prodotto.

_Respirazione anaerobica delle sostanze inorganiche

La respirazione anaerobica è un metabolismo unico dei procarioti. Al termine della

catena respiratoria non c'è O2 ma una sostanza inorganica che può essere ridotta. Gli

azotobatteri come Pseudomonas e Escherichia (ha 3 metabolismi possibili, sono batteri

molto versatili) usano il nitrato, che è ridotto a nitrito fino ad azoto atmosferico. I

batteri del genere Desulfovibrio utilizzano il solfato, che riducono a solfito e poi a

idrogeno solforato H2S, mentre gli Archaea metanogeni e i batteri omoacetogenici

Acetobacterium utilizzano CO2; altri substrati usati come ultimi accettori della catena

sono il fumarato e alcuni composti alogenati. Come nella respirazione aerobia di

sostanze inorganiche, la quantità di ATP prodotta dipende dal punto della catena

respiratoria in cui gli elettroni entrano.

_Batteri anaerobi obbligati

I batteri anaerobi obbligati sono batteri per cui O2 rappresenta un agente estremamente

tossico, in quanto mancano di quei sistemi di detossificazione come catalasi, dismutasi e

perossidasi atti a eliminare le specie radicali dell'ossigeno. Un genere anaerobio

obbligato è Clostridium, il quale vive in ambienti anossici o ipossici in cui si può

riprodurre. Effettuano un metabolismo anaerobio o la fermentazione.

_Ruolo del fattore sigma

Il fattore sigma è la subunità proteica della RNA pol batterica adibita al riconoscimento

dei promotori dei geni. I promotori batterici contengono 2 sequenze consenso, situate

nelle posizioni -10 (Pribnow Box) e -35 dall'inizio di trascrizione. Grazie alla diversità di

questi fattori sigma è possibile avere una specificità di trascrizione. Il fatore s70 è

quello presente nella cellula vegetativa; s54 riconosce i geni che codificano proteine

coinvolte nel metabolismo dell'azoto; s19 codifica geni per il trasporto del ferro

intracellulare; fattori sigma diversi vengono attivati nella sporulazione, alcuni

riconoscono promotori sul cromosoma dell'endospora e altri riconoscono promotori sul

cromosoma della cellula vegetativa. Dopo che la RNA pol ha trascritto una ventina di

nucleotidi, il fattore sigma viene perso.

_Effetti della T sulla crescita batterica, T cardinali e classificazione

Le T cardinali della curva di crescita di un batterio sono tre: minima, ottimale e

massima. Alla T minima le membrane sono allo stato di gel, il metabolismo è molto

basso e non si ha crescita. Alla T massima le membrana si scollano, le molecole si

denaturano e si ha lisi termica. Alla T ottimale si ha invece la massima velocità di

crescita e il minimo tempo di generazione. A seconda di queste T i microrganismi sono

classificati in: 1) Psicrofili: Tott 4°C, Tmax 10 °C. Vivono nelle calotte artiche e sulle

superfici innevate, hanno membrane con acidi grassi insaturi per fluidificarla e molecole

con molte alfa eliche. 2) Mesofili: Tott 38 °C, Tmax 45°C. Sono mesofili i batteri

patogeni per l'uomo e quelli che vivono in simbiosi con esso. 3) Termofili: Tott 60°C,

Tmax 70°C: sono abbastanza resistenti al calore, molti hanno applicazioni industriali. 4)

Ipertermofili: Tott 88-106°C, Tmax >113°C. Hanno membrane monostrato (Archaea) e

molecole molto racchiuse in modo da non esporre la superficie al calore.

_Metodi di determinazione della concentrazione batterica

1) Conta totale: utilizza vetrini conta globuli con delle griglie di superficie nota, sulle

quali viene posto un vetrino porta oggetti; si crea una intercapedine di 0,1 mm, in modo

che le cellule possano essere misurate anche in volume. Moltiplicando per il fattore di

diluizione, si ottiene il numero di cellule presenti nel campione iniziale. Vengono

effettuate repliche di conta. 2) Conta vitale: mette in risalto la vitalità dei

microrganismi, cioè la loro capacità di riprodursi. Il brodo contenente i batteri viene

diluito e viene piastrato: le colonie vengono contate e il risultato, moltiplicato per il

fattore di diluizione è espresso in CFU/ml. 3) Torbidità: misura della vitalità nei terreni

liquidi. La sospensione di cellule viene posta in uno spettrofotometro e viene misurata la

trasmittanza, inversamente proporzionale alla torbidità. La misura effettuata è la

densità ottica, inverso del log della trasmittanza (direttamente proporzionale alla

torbidità).

_Regolazione del piano di divisione cellulare (proteina FtsZ)

La proteina FtsZ è coinvolta nella formazione del setto trasverso nella zona mediana

delle cellule al momento della divisione cellulare. Essa è una GTP-asi con omologie di

sequenza con la tubulina: quando la cellula si divide la FtsZ polimerizza formando un

anello nella zona mediana della cellula. Le proteine Min (C, D, E) non permettono alla

FtsZ di polimerizzare ai poli della cellula: la quantità di proteine Min è più bassa proprio

nella parte mediana, ed è qui che FtsZ polimerizza. Se ci sono dei danni al DNA, la

proteina FtsZ può essere temporanemente inibita dando il tempo ai sistemi di

riparazione di operare sul DNA; c'è quindi una correlazione tra divisione cellulare e

replicazione del DNA.

_Metanogenesi

La metanogenesi è un metabolismo tipico degli Archaea metanogeni del Phylum

Euryarchaeota. Questi Archaea sono in grado di utilizzare H2 e CO2 come fonte di

energia e di C, ottenendo metano come prodotto di scarto. La CO2 è substrato del

metanofurano; il prodotto formatosi viene processato dalla metanopterina, analoga al

FH4 degli eucarioti. A questo punto interviene il coenzima F430 e po il coenzima F420,

analogo alla FMN eucariotica, ottenendo una metilmetanopterina. La metanopterina è

sostituita dal Coenzima M, che contiene un gruppo mercaptano; infine, con la catalisi

del CoB, il metile è ridotto a metano e il CoM forma un ponte disolfuro con CoB. I due

coenzimi saranno scissi dalla eterodisolfuro reduttasi di membrana. Molti metanogeni si

trovano nel digerente degli animali, come nel rumine dei ruminanti. Il metano è espulso

con l'eruttazione.

_Caratteristiche degli Streptomyces

Gli Streptomyces sono batteri aerobi chemioorganotrofi del suolo, studiate per le loro

proprietà antibiotiche. Il ciclo vitale comincia con cellule filamentose, che si uniscono a

formare un micelio vegetativo; da esso alcune protuberanze si rivolgono verso l'alto

formando delle ife aeree, all'apice delle quali si ha il differenziamento degli sporofori.

Gli sporofori contengono conidi, endospore o forme di diffusione. Quando i conidi

germinano producono antibiotici che lisano batteri circostanti e li usano nutrienti. Sono

per questo usati in laboratorio per sapere che antibiotico usare contro determinati

batteri: sulle colonie di Streptomyces vengono spatolati i batteri, se si forma un alone di

inibizione l'antibiotico ha funzionato. Alcuni antibiotici che vengono prodotti dagli

Streptomyces sono tetracicline, cloramfenicolo, streptomicina e eritromicina.

_Test del Rosso Metile negli enterobatteri.

Il test del rosso metile è utilizzato per discriminare gli enterobatteri che effettuano

fermentazione acido mista da quelli che effettuano fermentazione butandiolica.

L'indicatore viene posto a contatto con i batteri. Se avviene il viraggio da rosso a giallo,

dovuto alla presenza di acidi – principali prodotti della fermentazione acido mista – si ha

a che fare con batteri dei generi Escherichia, Salmonella e Shigella.

_Archaea metanogeni

Gli Archaea metanogeni appartengono al Phylum Euryarchaeota. Sono dei microorganismi

strettamente anaerobi; è possibile trovarli in paludi, fanghi, acque non aerate, ma

anche in prossimità di geyser e sorgenti termali. Nel corso dell'evoluzione hanno spesso

formato delle simbiosi con animali (rumine dei ruminanti, cieco di cavalli e conigli,

digerente delle termiti) e protozoi. Uno dei generi più studiati è Methanococcus. Sono

capaci di effettuare la metanogenesi, i cui substrati di partenza sono H2, fonte di

energia, e CO2, fonte di C. Il prodotto di scarto è il metano. Sono utilizzati per le loro

proprietà in biodigestori ed hanno un ruolo importante nei cicli biogeochimici del

carbonio, proprio perché lo trasformano in metano solubile in H20. La parete è costituita

da pseudopeptidoglicani, formati da dimeri di NAM e acido N-acetiltalosaminuronico,

→

unita da legame β (1 3), insensibile al lisozima.

_Archaea iperalofili: habitat e metabolismo

Gli Archaea iperalofili si trovano in ambienti ricchi di sale come laghi salati e nelle

saline, in cui le concentrazioni di NaCl sono molto alte. Alcuni, come Halobacterium

salinarum, sono in grado di riprodursi a concentrazioni di NaCl pari al 25-30%

(saturazione: 32%). La parete cellulare è costituita da glicoproteine acide, quindi con

cariche negative, che vengono neutralizzate dai sali. Per mantenere l'equilibrio osmotico

utilizzano dei soluti compatibili; nel caso di Halobacterium si usa lo ione K+. Il suo

metabolismo è aerobio facoltativo. In assenza di O2 può crescere solo se irradiato. Nella

membrana è presente batteriorodopsina, che regola un canale contenente retinale.

Quando riceve fotoni con lunghezza d'onda di 570 nanometri, un cambio

conformazionale provoca l'uscita di un H+: la PMF sarà utilizzata per la sintesi di ATP.

_Cianobatteri

I cianobatteri furono una delle prime forme di vita comparse sulla Terra circa 3,5

miliardi di anni fa. Sono dei Gram - che effettuano fotosintesi ossigenica, ed hanno

aumentato la concentrazione di O2 nell'aria permettendo il formarsi di nuovi

metabolismi. Contengono i tilacoidi, unico caso di compartimentazione (oltre ai

Planctomycetes): sono vescicole con membrana lipidica contenenti pigmenti

fotosintetici. Un'altra inclusione cellulare è rappresentata dai carbossisomi, accumuli di

enzimi deputati alla fotosintesi (RUbisCO) Nei cianobatteri filamentosi può