Microbiologia 1

SPORULAZIONE

In condizioni di laboratorio il processo di sporulazione impiega almeno 8-10 ore, mentre la germinazione è molto più rapida, circa 1 ora.

1. Addensamento centrale del cromosoma
2. Duplicazione DNA
3. Separazione dei nucleotidi e formazione del setto sporale di membrana
4. Separazione di ciascun nucleoide all'interno di una membrana
5. Formazione della prespora
6. Apposizione di nuove membrane attorno alla prespora; degradazione DNA sporangio
7. Sintesi della cortex tra le due membrane
8. Sintesi delle coats
9. Liberazione della spora per autolisi dello sporangio

La sporulazione si verifica alla fine della fase esponenziale di crescita con densità cellulare elevata e carenza di nutrienti. Si verifica un blocco della replicazione del DNA e l'attivazione di un regolatore trascrizionale che dà inizio alla sporulazione:

1. Formazione di un setto asimmetrico
2. Divisione del DNA e migrazione di un cromosoma
3. Inglobamento della prespora
4. Perdita della struttura rigida del peptidoglicano
5. Rigonfiamento della prespora

all'interno della cellula madre. La membrana plasmatica della cellula madre si invagina sino a inglobare la prespora.

REGOLAZIONE MEDIATA DA Sp0ASp0A-P espresso a bassi livelli (sono stati stimolati pochi recettori istidina chinasi) è implicato in risposte intermedie:

• attivazione di meccanismi di motilità
• produzione di molecole antibiotiche che agiscono contro popolazioni di generi diversi
• induzione alla competenza
• induzione alla formazione di biofilm
• attivazione di un sistema di tossine che serve per uccidere gli individui che non stanno attivando la risposta intermedia

Quindi se lo stimolo non è veramente forte le cellule preferiscono non iniziare la sporulazione ma accontentarsi di risposte più blande che possono comunque incrementare la sopravvivenza.

Le spore batteriche sono generalmente endocellulari e sono sprovviste di attività riproduttive. In carenza di nutrienti e più in generale, da non confondere con la spora dei funghi, la cellula

inglobare la prespora

Formazione della corteccia è costituita da uno strato di peptidoglicano diverso da quello che conosciamo perché non è presente il peptide che noi abbiamo visto. Avremo alla fine dunque un peptidoglicano più grasso (lattame)

In questa fase inizia ad essere sintetizzato il dipicolinato e vengono espressi i geni ssp che codificano per le proteine SASP (small acid soluble protein)

Formazione del rivestimento esterno

Sintesi della tunica sporale in contemporanea alla formazione della corteccia. È formata da 50 proteine e due strati (COATS) uno interno e uno esterno

La tunica è responsabile per la rifrangenza, resistenza agli enzimi litici, resistenza a molti agenti chimici tossici

Maturazione e rilascio della spora Le fasi finali sono caratterizzate da piccoli cambiamenti morfologici che culminano con la lisi della cellula madre e rilascio della spora nell'ambiente esterno.

SPORA BATTERICA: STRUTTURA

Parte centrale (core) che

è rivestito da una serie di involucri sporali: corteccia, coats,esosporio ( tunica)

Il core è rivestito da una serie di involucri sporali:

• Cortex (corteccia) : è l’involucro più spesso, composto da dipicolinato di calcio, peptidoglicano compatto e lasso. Rimuove osmoticamente l'acqua dal protoplasto, proteggendo in tal modo dal danno associato al calore e irraggiamento.
• Coats (interno, esterno) : proteine dotate di elevata stabilità per la presenza di legami sulfidrilici, forniscono protezione agli agenti enzimatici e composti chimici.
• Esosporio (tunica) : membrana lipoproteica contenente carboidrati.

1° Fase: formazione del filamento assiale

La sporulazione avviene in situazioni di stress e il DNA va incontro a replicazione e prima ancora i cromosomi vengono rimodellati affinchè possa collocarsi a formare un filamento assiale che si estende lungo l’asse maggiore della cellula, assente durante la divisione vegetativa.

Il filamento assiale quindi, si osserva solamente nella spora.

1. Fase: formazione del setto

Prima ancora che si replichi si forma un setto di divisione con due compartimenti disuguali che sono la cellula madre e la prespora. Nella sporulazione il setto non si forma nella regione mediana della cellula ma è decentrato. Il setto divisionale è formato da uno strato di peptidoglicano e dalla membrana plasmatica sottostante.

2. Fase: inglobamento della prespora nella cellula madre

Qui la cellula madre produce delle autolisine per degradare il setto di peptidoglicano e questo fa si che diminuisca la pressione osmotica, per cui l'acqua penetra dentro la prespora. La prespora si spinge all'interno che la accoglie invaginandosi: il citoplasma di prespora e cellula madre non entra in contatto.

3. Fase: formazione delle due membrane

La prespora si troverà rivestita da due membrane, la più interna che è la sua e la più esterna che deriva.

dal’invaginazione della cellula madre. Il foglietto esterno della membrana dellacellula madre invaginandosi diventa interno, mentre quello interno diventa esterno perchéavviene un’inversione di polarità della membrana plasmatica della cellula madre

5° Fase: sintesi della corteccia

Uno strato di peptidoglicano viene sintetizzato nella cellula madre tra le due membrane cheavvolgono la prespora. La corteccia è formata da peptidoglicano modificato perché c’è unadifferenza a livello del NAM che perde il tetrapeptide in conseguenza dell’azione di unamilasi. Quello che resta della NAM dopo il distacco del tetrapeptide va in contro aciclizzazione. L’enzima che catalizza questa reazione è una deacetilasi che porta allaformazione del lattame del NAM

6° Fase: formazione della tunica ed esosporio

Contemporaneamente alla sintesi della corteccia uno strato proteico, detto tunica sporale,incomincia ad essere depositato sulla

superficie esterna della spora. La tunica sporale è responsabile della resistenza a enzimi litici e a molti agenti chimici tossici, quali etanolo o cloroformio. La tunica è ricca in cisteina. La spora è spesso circondata da uno strato sottile e delicato, l'esosporio, costituito da proteine, polisaccaridi e lipidi.

7° Fase: maturazione e rilascio della spora. La spora matura è metabolicamente inerte in quanto il suo citoplasma è disidratato ed il suo cromosoma rivestito dalle proteine SASP. Gli strati protettivi che rivestono la spora contribuiscono a renderla resistente a condizioni ambientali sfavorevoli. Quando la spora si troverà in condizioni favorevoli potrà germinare.

Involucri della spora:

• Corteccia: strato molto spesso, costituito da peptidoglicano modificato.
• Tunica: costituita da diversi strati di natura proteica ricchi in cisteina.
• Esosporio: strato sottile costituito da proteine, polisaccaridi e lipidi.

SPORA BATTERICA:

FORMA E POSIZIONI

• Forma: sferica (Clostridium) ellittica (Bacillus)
• Dimensioni: diametro superiore, diametro inferiore
• Posizione: terminale o sub-terminale (Clostridium) centrale o paracentrale (bacillus)laterale

SPORA BATTERICA: FISIOLOGIA E CARATTERISTICHE

Nei batteri di fase logaritmica di sviluppo non sia la produzione di spore, quando il progressivo esaurimento delle sostanze nutritive e l'accumulo di cataboliti provoca un rallentamento della moltiplicazione, inizia il processo di sporificazione.

Il meccanismo alla base della sporogenesi può quindi essere interpretato come una derepressione dei geni che regolano la sintesi degli enzimi e quindi lo svolgimento dei processi metabolici.

Poiché il processo di purificazione è molto complesso e richiede la sintesi di una grande quantità di composti diversi si comprende come essa richieda una cellula perfettamente efficiente:

• Totale assenza di biosintesi macromolecolari
• Scarso contenuto in H2O
• Scarsa

attivare mediante vari stimoli come il calore, la luce o sostanze chimiche specifiche. Durante la germinazione, la spora si gonfia e si rompe, rilasciando la cellula vegetativa che inizia a crescere e replicarsi. La formazione di spore è un meccanismo di sopravvivenza utilizzato da alcuni batteri per resistere a condizioni avverse. Le spore sono strutture dormienti che possono rimanere inattive per lunghi periodi di tempo, fino a quando le condizioni non diventano favorevoli per la loro germinazione. Le spore batteriche sono estremamente resistenti e possono sopravvivere a temperature elevate, disidratazione, radiazioni e altri agenti chimici e fisici. Questa resistenza è dovuta alla presenza di uno strato protettivo chiamato endospore, che protegge il DNA e altre componenti cellulari dalla distruzione. Le spore batteriche possono essere colorate utilizzando specifici coloranti, ma la loro struttura complessa rende difficile la visualizzazione al microscopio ottico. Spesso è necessario utilizzare tecniche di contrasto di fase per poter osservare le spore in modo chiaro. La germinazione delle spore avviene quando le condizioni ambientali diventano favorevoli alla crescita batterica. Durante questo processo, la spora si attiva e si trasforma in una cellula vegetativa, che può iniziare a crescere e replicarsi. La germinazione può essere innescata da vari stimoli, come il calore o sostanze chimiche specifiche. Le spore batteriche rappresentano una forma di vita estremamente resistente e sono importanti per la sopravvivenza e la diffusione di alcuni batteri patogeni. La loro capacità di resistere a condizioni avverse li rende difficili da eliminare e può contribuire alla diffusione di malattie infettive.one o entrare in uno stato di crescita vegetativa. Durante la germinazione, la spora subisce una serie di cambiamenti morfologici e biochimici che la trasformano da uno stato di quiescenza a uno stato attivo. L'esposizione al calore è un fattore chiave per l'attivazione della germinazione delle spore. Il calore provoca danni agli involucri della spora, rendendoli permeabili e consentendo lo scambio di sostanze con l'ambiente circostante. Questo processo è seguito dalla comparsa di un materiale nucleare organizzato, simile a quello presente nella cellula vegetativa, e dalla formazione di una parete cellulare completa. Successivamente, la cellula vegetativa fuoriesce dagli involucri sporali alterati. Durante la germinazione, la spora elimina l'acido dipicolinico e grandi quantità di calcio. Inoltre, la spora recupera la sua termosensibilità e riprende la sintesi di macromolecole. La cellula neoformata può quindi riprendere immediatamente il ciclo di sporificazione o entrare in uno stato di crescita vegetativa. In conclusione, la germinazione delle spore è un processo complesso che richiede l'attivazione mediante esposizione al calore. Questo processo comporta cambiamenti morfologici e biochimici che permettono alla spora di passare da uno stato di quiescenza a uno stato attivo.