Microbiologia

MICROBIOLOGIA

8/03/2018

Batteri=cellule procarioti

Virus non sono cellule e hanno bisogno di una cellula per moltiplicarsi, sono parassiti

obbligati, non possono vivere al di fuori di una cellula.

La vita sulla terra sarebbe impossibile senza microbi.

I microrganismi che colonizzano l’uomo e che chiamiamo microbiota (complesso di

microganismi che colonizza il nostro corpo) partecipano al metabolismo degli alimenti

(es. lattobacilli fondamentali per digestione latte e zuccheri complessi, altri producono

vitamine come la K), forniscono fattori di crescita essenziali, ci proteggono da invasioni

di altri organismi (competizione) e stimolano la risposta immunitaria (con la loro

presenza attivano in continuazione le cellule del sistema immunitario tenendole

sveglie in modo che possano rispondere velocemente alle sollecitazioni di altri batteri.

Microrganismi utili in particolari condizioni possono diventare patogeni (es E. Coli è

commensale ma causa molte malattie cfr. cistite).

La malattia è sempre l’esito di un equilibrio che si rompe.

“flora batterica” = microbiota

Il microbiota cambia nel corso della vita.

Il primo incontro del bambino con i batteri è al momento del parto. Precedentemente il

bambino vive in ambiente sterile (placenta) e la sua cute viene colonizzata al

momento del parto dai batteri della mamma.

Il microbiota cambia durante la vita, addirittura due persone che vivono a stretto

contatto hanno microbiota simile, e la contaminazione con ciò che ci è vicino avviene

anche con animali.

Durante la vita il microbiota cambia totalmente con :

Ospedalizzazionecomposizione batterica degli ambienti molto particolare,

 grande uso di antibiotici. Con tre giorni di ospedale il microbiota cambia

completamente!

Terapie antibiotiche microbiota composto da migliaia di microbi, alcuni

 sensibili all’antibiotico per cui qualche famiglia viene distrutta e ci vogliono

settimane per ripristinare il microbiota.

Uso indiscriminato di disinfettanti



DIMENSIONI IN MICROBIOLOGIA:

Cellula eucariotica 10-15 micron

Batterio 100 nm e 1 micron

Virus piccolissimi, nm.

Cellule eucariotiche vivono organizzate in

tessuti, i microrganismi vivono nell’ambiente in

modo autonomo. Devono essere capaci di

assumere autonomamente sostanzhe chimiche

dall’ambiente, devono potersi riprodurre in modo autonomo, devono potersi

differenziare in risposta a degli stimoli esterni (evolversi) e devono poter comunicare

tra loro. Sono organizzati come comunità. Producono sostanze che servono da

segnali per altre cellule.

CELLULA PROCARIOTICA

Caratterizzate da un nucleo non racchiuso in una membrana.

Nella cellula eucariotica il messaggero trascritto nel nucleo deve arrivare al ribosoma

che si trova nel citosol. Non avere la barriera è un vantaggio evolutivo. I messaggeri

appena trascritto incontrano immediatamente i ribosomi per la traduzione in proteine.

Meccanismo primordiale semplice, efficiente e veloce per fare proteine.

Mancano però molti di quei meccanismi di controllo, traffico dei messaggeri attivi nelle

cellule eucariotiche. Meccanismo nei batteri veloce ma può fare molti errori.

Dimensioni e diversa organizzazione del nucleo e diverse strutture citoplasmatiche,

diversità metaboliche e riproduttive con la cellula eucariotica.

Nucleoide

 Organelli (nel citosol)

 Ribosomi (differenti da quelli della cellula eucariotica che sono legati al

 RE)

NB: la cellula eucariotica ha un sistema vescicolare efficiente per il

trasporto delle proteine.

Plasmidi: DNA extracromosomiale (che hanno oltre al DNA contenuto

 nel cromosoma) che serve a dare delle caratteristiche di adattabilità. Se

un batterio viene trattato con antibiotici utilizza questo DNA per produrre

proteine per proteggersi. Sono caratteristiche aggiuntive che possono

conferire caratteristiche di patogenicità o resistenza.

NON TROVIAMO:

Mitocondri: molto sviluppati nelle cellule eucariotiche. Nella membrana

 dei mitocondri si trovano gli enzimi della catena respiratoria deputati alla

produzione di ATP.

La cellula batterica non necessita di mitocondri, funge in sé da

mitocondrio, producendo ATP

Alcuni OGM vengono utilizzati per la produzione di farmaci. Molte molecole non

vengono prodotte da sintesi chimica ma per via biotecnologica: prodotti inserendo nei

batteri dei geni che producono una certa proteinafarmaci tumorali biologici

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PROCARIOTI

Citoplasma

 Genomaacidi nucleici, informazione genetica (minore di quello eucariotico),

 TUTTO CODIFICANTE, non contenuto in una membrana ‘’nucleoide’’.

Ribosomi deputati alla sintesi proteica

 Trascrizione e traduzione avvengono CONTEMPORANEAMENTE. (Negli eucarioti

avvengono uno dentro e uno fuori la membrana, sono fisicamente separati e

non avvengono contemporaneamente).

Parete batterica, caratteristica dei procarioti. Protezione da attacchi ambientali

 (pressione..) ed è importante per la scissione/divisione batterica.

Flagello



CITOPLASMA costituito per la maggior parte da acqua. Acidi nucleidi (DNA,

RNAribosomiali, RNAtransfer), enzimi, acidi e ioni inorganici e tutto ciò che serve per il

metabolismo batterico.

RIBOSOMIstrutture che consentono di tramutare RNAmessaggero in RNArib. Forma

indicata con 70S (S sta per coefficiente di sedimentazione, fu visto che procarioti

sedimentavano a 70S da chi li estrasse per la prima volta; eucarioti sedimentano a

80S).

Formil-metionina (f-Met) è il primo amminoacido che troviamo SEMPRE nei procarioti.

Tripletta STOP interrompe il processo perché non è codificante, viene rilasciata la

catena peptidica.

Andrà poi incontro a un suo folding per prepararsi all’attività per cui è stata codificata.

GENOMA BATTERICOsingola molecola di DNA bicatenario, circolare a doppia elica.

Zone dense di materiale chiamate nucleoide.

Ausilio di proteine iston-like (assomigliano ma non sono uguali agli istoni) che

assistono la conformazione finale, ripiegamenti del genoma batterico che si avvolge.

Deve occupare poco spazio. In questa conformazione il genoma non è

trascrizionalmente attivo, non è leggibile. Enzimi come la DNA topo isomerasi e girasi

aprono i superavvolgimenti laddove serva per trascrivere esattamente quei geni

necessari al metabolismo batterico.

E. Coli è la specie maggiormente studiata per i gram negativi e Bacillus …… per i gram

positivi.

CROMOSOMA 4 milioni di paia di basi circa

PLASMIDI dimensioni minori rispetto al cromosoma. Conferisce al batterio vantaggi

enormi, GENI CODIFICANTI, PROTEINA ACCESSORIE AL METABOLISMO.

VANTAGGI:

Plasmide di fertilitàcontiene proteine necessarie perché batteri entrino a

 contatto con un’altra cellula e scambiarsi materiale genetico.

Se c’è un batterio che possiede un PILO CONIUGATIVO, lo userà per trasferire il

suo genoma ad altri batteri (ANCHE TRA SPECIE DIVERSE).

Scambio di geni di resistenza agli antibiotici.

Plasmidi di resistenza contengono geni che portano a resistenza ad antibiotici

 e veleni

Plasmidi di virulenza trasformano un batterio in patogeno

 Col plasmide contengono elementi per distruggere altri batteri, attraverso la

 

degradazione di batteri.

Plasmide vettore: plasmidi sintetizzati in laboratorio che vengono inseriti nei batteri.

MEMBRANA doppio strato lipidico permeabile, presenta proteine con diverse

funzioni, tra cui alcune che connettono esterno con interno per far entrare ed uscire

sostanze in maniera funzionale al metabolismo.

Nella membrana troviamo:

Contenuto proteico elevato (70%).

 Le proteine di membrana possono essere integrali (attraversano il doppiostrato)

o periferiche (esterne). Non sono mai glicosilate.

Lipidi di membrana: fosfolipidi (acidi fosfatidici, fosfatidilglicerolo,

 difosfatidilglicerolo, fosfatidiletanolammina, fosfatidilserina). Aminoacidi

esterificati con glicerolo. Acidi grassi a catena ramificata.

Enzimi respiratori

 Opanoidi (steron-like), simili a steroidi: la membrana citoplasmatica batterica

 manca di steroli, fatta eccezione per i micoplasmi. In alcune specie sono

presenti gli opanoidi, simili agli steroli (molecole pentacicliche)

PBP (penicilling binding protein): recettori di origine proteica presenti sulla

 superficie esterna della membrana, fondamentali per diverse funzioni

metaboliche.

SISTEMA DI TRASDUZIONE:

 Sensore (percepisce stimoli e variazioni parametri ambientali)

 Regolatore (avvisato dal sensore, attiva geni specifici che codificano

 proteine per rispondere allo stimolo)

Trasportatori proteine da esportare al di fuori del citosol, contengono all’N

 terminale una sequenza specifica di riconoscimento e vengono veicolate

all’interno del canale.

Sistema di secrezione di tipo terzo è un fattore di virulenza importante, è un

ago attraverso il quale il batterio trasporta delle proteine importanti ALLA BASE

DELLA LORO INVASIONE DI UNA CELLULA EUCARIOTICA.

FUNZIONE DELLA MEMBRANA:

-Ritenzione del contenuto cellulare

-Trasporto di metaboliti (trasporto attivo, passivo o facilitato).

-Barriera osmotica

-Secrezione di enzimi extracellulari e altre proteine.

-Fosforilazione ossidativa

-Supporto di molecole trasportatrici

PARETE BATTERICA (PARETE CELLULARE) Si trova a diretto contatto con la

membrana. Protegge da shock ambientali (funzione di PROTEZIONE).

Se viene danneggiata la parete batterica il batterio lisa (muore), anche per minime

modificazioni.

FUNZIONI DELLA PARETE:

-Protezione meccanica: attraverso il peptidoglicano (mureina) nei gram positivi.

-Protezione chimica: peptidoglicano e acidi teicoici nei gram +; peptidoglicano e

lipopolisaccaride nei gram

-Protezione osmotica

-Conferimento forma

-trasporto: attraverso le porine dei gram – e maglie peptidoglicano nei gram +.

-funzione immunitaria

-virulenza: soprattutto LPS gram –

-Ancoraggio e adesione: Flagelli, pili, fimbrie

-Metaboliche (ioni Ca2+ e Mg2+ nei gram -)

-Responsabile della colorazione dei Gram

GRAM positivi GRAM negativi

o

Gram negativi hanno parete batterica più sottile (membrana plasmatica, periplasma

o spazio periplasmatico e membrana esterna (OM)).

Gram positivi (membrana plasmatica, parete con diversi acidi)

Gram fu il primo ad accorgersi di questa differenza lavorando con dei coloranti,

trattando cellule batteriche con cristal violetto e iodio (mordenzante), i quali

interagiscono formando cristalli ingombranti.

Gram positivi rimanevano viola, Gram negativi erano trasparenti. Mettendo colorante

senza decolorare aveva viola(GRAMpos) e rosa (GRAMneg).

Cristalli escono dai GRAMnegativi con la decolorazione, mentre rimangono intrappolati

nei GRAMpositivi.

Metto colorante di contrasto (SENZA DECOLORARE) tipo sapranina e i GRAMnegativi

appaiono rosa.

PARETE DEI GRAM POSITIVI

Comprende principalmente un complesso glicopeptidico chiamato mureina,

peptidoglicano, mucocomplesso, mucopolisaccaride, al quale sono legati acidi

teicoici e alcune moleocle di zuccheri ( mannosio, arabinosio, galattosio).

E’ polare (idrofila).

Il peptidoglicano è composto da lunghe catene di due amminozuccheri, NAM e NAG,

legati da legame 1-4β glucosidico a formare un disaccaride, che costituisce il

monomero (unità strutturale) del peptidoglicano.

I monomeri sono uniti tra loro da legame 1-4β glucosidici all’esterno del batterio.

Al COOH del NAM sono legati 5 amminoacidi: L-alanina, acido D-glutammico, L-lisina (o

DAP, acido diaminopimelico), D-alanina, D-alaina.

Alla lisina sono legati altri amminoacidi, diversi a seconda della specie batteriche (es.

strafilococco 5 glicine).

Gli amminoacidi sono legati all’esterno da legami crociati, poiché il batterio non è in

grado di produtte ATP lì.

In alcuni casi nei gram positivi si forma un legame di transpeptidizzazione: si stacca

la D-alanina in posizione 5, fornendo l’energia necessaria per far legare la D-ala in

posizione 4 con una catena peptidica omopolimerica che si lega all’ultimo

amminoacido attaccato alla L-Lys della catena successiva, mediante enzimi.

NB: nei GRAM NEGATIVI il legame crociato consiste nel legame diretto tra la D-

alanina in posizione 4 e l’acido diaminopimelico DAP di una catena adiacente.

Acidi teicoici: legati al peptidoglicano, non fondamentali per la rigidità.

Presumibilmente servono alla sistemazione sterica dei polimeri. Non risulta chiaro il

loro ruolo, forse protezione, funzionano da adesine e possono stimolare rilascio

citochine e monochine per il processo infiammatorio.

PARETE DEI GRAM NEGATIVI:

più complessa di quella vista per i gram positivi, in quanto i batteri gram negativi

possiedono una membrana esterna (ME) ancorata stabilmente al peptidoglicano, con

struttura simile alla membrana citoplasmatica. Fornisce ai batteti un’ulteriore barriera

di permeabilità (antibiotici, farmaci..)

Contiene strutture peculiari che le conferiscono caratteristiche importanti dal punto di

vista patologico e fisiologico:

Lipoproteinaimportante per il collegamento tra ME e peptidoglicano (legami

 covalenti tra aminoacidi terminali della proteina e l’acido mesodiaminopimelico del

peptidoglicano).

Porine complessi proteici che permettono il passaggio di piccole sostanze cariche

 all’interno del peptidoglicano (max 600 dalton). Le più famose sono trimeri che si

fondono nella zona centrale a formare un canale. Sono inattive in assenza/

alterazione di LPS.

Lipopolisaccaride (LPS) STRUTTURA PECULIARE DEI GRAM NEGATIVI, presente

 nel foglietto esterno della ME. Rappresenta l’antigene somatico gruppo-

specifico nell’ambito di una specie (antigene O) e contiene il lipide A,

porzione tossica che funziona da endotossina.

STRUTTURA:

1. Polisaccaride gruppo-specifico (esterno) = antigene O : polisaccaride

complesso che costituisce una molecola con caratteristich antigeniche eculiari

per le varie specie batteriche.

2. Core polisaccaridico: meno peculiare per polisaccaride O

3. Lipide A (parte più interna): integrato nella membrana esterna ME. Rappresenta

l’endotossina dei batteri gram negativi (prevalentemente colpisce le cellule

fagocitarie che inglobando e lisando i batteri la liberano e la rendono attiva).

Infine il peptidoglicano ha una struttura più sottile di quella dei gram positivi.

Immerso in un piccolo spazio periplasmatico.

ECCEZIONE:

PEPTOGLICANI

NAG

NAM

Zuccheri legati da legame beta-1,4

Parete fatta da ripetizione perfetta NAM-NAG-NAM-NAG-NAM.. legati da legame beta-

glicidico-1,4

Legami orizzontali tra zuccheri e legami verticali peptidici tra amminoacidi strato

superiore e inferiore. Nel caso dei gram neg esiste un legame tra dialanina finale e

acido

Nei gram pos questo legame peptidico presenta ponte pentaglicinico (5 glicine)

FUNZIONE PEPTIDOGLICANI

PEPTOGLICANO è rimosso dal LISOZIMAPROTOPLASTI

Nella fase di sintesi gli amminoacidi sono 5 e non 4 come prima. Rimozione del 5

amminoacido e rottura del legale peptidico fornisce energia per legame peptidico con

4 amminoacido dell’altro.

ACIDI della parete dei GRAM positivi (TECOICI): aderenza a qualunque tipo di superficie

--

GRAM NEGATIVI MEMBRANA ESTERNA presenta lipopolisaccaride (LPS) che può dare

shock endotossico quindi morte. ENDOTOSSINA tossina componente strutturale del

batterio. LPS si libera esclusivamente per lisi batterica, va in circolo quando il batterio

muore.

Proteine canale o porine

Enzimi di resistenza beta lattamici si trovano nei peptoglicani(?)

SHAPERONINE

LPS ha una componente lipidica, lipide A, poi polisaccaridico e tutta una serie di

zuccheri in quantità e tipo specifici. Possono variare molto all’interno di una specie.

Componente endotossica in un LPS è il lipide A, non può essere liberata se non per lisi

del batterio.

Classificare ceppi diversi della stessa specie attraverso parte O dell’LPS attribuendo

dei numeri

Batterio lisa e libera LPS (o meglio componente A), riconosciuto da proteina del

sangue che si accorge che è una molecola NON-SELF e lo presenta ad un macrofago

(cellula dell’immunità innata)

Macrofago dà STORM CITOCHIMICO, potente rilascio mediatori chimici che porta a una

serie di conseguenze sistemiche per cui la persona muore da shock endotossico.

Micobatteri impermeabili, cera intorno al batterio, non entra colorante. Si usa un alcol-

acid resistant, con fenoli e calore (zihel-neelsen).

---

CAPSULA (non tutti ce l’hanno) strato di polisaccaridi o polipeptiti che protegge

dalla fragocitosi, conferisce adesione e protezione dall’essiccamento. Molti hanno la

capsula di acido glutammico e non polisaccaride, l’ospite non riconosce come NON

SELF ma come SELF.

Consiste in un fattore di virulenza ma ha anche funzione protettiva, isolando il batterio

dall’ambiente esterno.

Se fagocitato resiste, e talvolta distrugge il fagocita.

La capsula contiene antigeni che stimolano la produzione di anticorpoi specifici

nell’ospite.

S Layer alternativo alla capsula, fatto di proteine organizzare in maniera perfetta,

struttura ordinata.

FLAGELLI strutture che consentono movimento

PILIadesione.

Pilo F permette il passaggio di materiale genetico da una cellula all’altra.

MICROBIOLOGIA (20/02)

IMMUNOLOGIA

RISPOSTE ALLE INFEZIONI

Come emergono le malattie infettive (provocate da microbi)? Tante persone vengono

infettate ma pochissime manifestano la malattia.

INFEZIONE: dal latino “inficio” cioè “introdurre”. Microorganismo introdotto nel nostro

corpo.

Malattia è un esito molto raro rispetto alle infezioni.

L’esito della malattia dipende da:

La carica microbica: numero fisico di microorganismi che ci invadono, che

 entrano nel nostro corpo

Virulenza: il grado di ‘’cattiveria’’ dei micr