Microbiologia

MORFOLOGIA CELLULARE

Definire le dimensioni dei moo è difficile, dato che ce ne sono di varie dimensioni; si va da Haemophilus influenzae che ha

dimensioni di circa 1 μm, fino al Bacillus megaterium che e di circa 4 μm.

I cianobatteri sono piuttosto grandi e raggiungono anche i 50 μm.

Le piccole dimensione sono però quelle preferite, perché consentono di mantenere un buon

rapporto superficie/volume; la membrana è essenziale per gli scambi e una piccola dimensione

garantisce una

maggiore velocità di scambi e trasporti.

I batteru possono avere forme differenti:

Cocco: cellula di forma sferica o ovoidale

• Bacillo o bastoncello: cellula a forma cilindrica (come E.coli)

• Spirillo: sono bastoncelli che si avvolgono a formare una spirale

• Spirochete: più sottili e lunghi dello spirillo con più spiralizzazioni

• Batteri filamentosi: sono proprio dei filamenti, come gli stromatoliti (in genere sono

• cianobatteri)

Batteri con appendici: sono sempre dei batteri ma possono avere questa appendice che

• può somigliare alle ife dei funghi. Questo appendice appare in una determinata fase del

ciclo cellulare, in genere nella fase finale.

Al posto dell’appendice può essere presente un penduncolo, ossia un’ifa con un

rigonfiamento terminale, che serve per aderire al substrato. Questi moo sono molto studiati

perché questa appendice è considerabile come un inizio di specializzazione.

l moo tendono all’unicellularità, ma spesso formano delle associazioni. l cocchi per esempio sono

solitamente in coppia (diplococchi), ma possono associarsi anche in tetradi o sarcine (due tetradi

unite). Se i cocchi sono aggregati a grappolo sono detti stafilococci. Le tetradi possono poi essere

posizionate in diversi modi: se sono 4 in fila si parla di streptococchi. Se ho tanti bacilli in fila si parla

di streptobacilli.

Alcuni moo hanno strutture particolari: per esempio i bifidobatteri presentano una forma

principalmente bastoncellare, ma alle estremità hanno delle biforcazioni.

Alcuni moo hanno un polimorfismo associato alle diverse fasi del ciclo vitale. Per esempio

l’Arthrobacter nella fase iniziale della vita ha la forma di un cocco, mentre accresce diventa

bastoncellare e una volta che si è diviso, i due bastoncelli rimangono vicini creando una forma a V.

Spesso il nome dei moo è associato alla loro forma, perché quando si fece la classificazione non

erano ancora state sviluppate tecniche biomolecolari o genetiche, quindi ci si basava

sull’osservazione.

PARETE CELLULARE

I coloranti possono essere usati per colorare le cellule e aumentare il loro contrasto in modo che possano essere viste più

facilmente con il microscopio in campo chiaro. I coloranti sono composti organici e ciascuna classe di coloranti ha affinità per

specifici materiali cellulari. Le colorazioni differenziali sono così chiamate perché colorano in maniera diversa differenti tipi di

cellule. Un’importante tecnica di colorazione differenziale usata in microbiologia è la colorazione di Gram.

Gram lavorava nel laboratorio di Koch e si era accorto che colorando cellule morte (cellule vive tendono a espellere il colorante)

col Cristal Violet le cellule si vedevano meglio. In base alla loro reazione alla colorazione di Gram, i batteri possono essere divisi

in due gruppi principali: gram-positivi e gram-negativi. Dopo la colorazione di Gram, i batteri gram-positivi appariranno di

colore porpora-violetto mentre i gram-negativi di colore rosa. La differenza di colore deriva dalle differenze nella struttura della

parete cellulare delle cellule gram-positive e gram-negative.

La colorazione prevede una fase di lavaggio con etanolo, solvente che scioglie la componente lipidica. Gram nota che dopo la

decolorazione alcuni batteri tornano bianchi e altri rimangono viola => deduce che quelli che tornano bianchi probabilmente

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presentano una membrana lipidica, in cui l’etanolo causa dei buchi tali da far uscire il colorante, mentre quelli che rimangono

colorati devono avere una parete, la cui componente principale non era lipidica.

Da qui iniziano gli studi sulla parete batterica, compiuti soprattutto dall’Istituto Lister.

La conoscenza della struttura e della funzione della parete cellulare è importante non solo per comprendere il funzionamene

delle cellule procariote, ma anche perché molti antibiotici hanno come bersaglio la sintesi della parete cellulare, lasciando la

cellula suscettibile alla lisi. Dal momento che le cellule umane sono prive delle pareti cellulari, questi antibiotici sono di evidente

beneficio nel trattamento delle infezioni batteriche.

Nell’istituto Lister si scopre subito che queste pareti sono essenziali per le cellule batteriche, perché senza di esse questi moo

non possono vivere nell’ambiente. Nell’istituto avevano ottenuto dei batteri senza parete, ma solo con la membrana. In ambienti

favorevoli, infatti, molti batteri possono perdere in modo reversibile la loro parete cellulare e trasformarsi nelle cosiddette

“forme L”, delimitate solo dalla fragile membrana plasmatica, ma ancora in grado di dividersi e moltiplicarsi. Diversi batteri

patogeni in grado di commutarsi in forme L sono inattaccabili da molti antibiotici e hanno quindi un enorme impatto sanitario.

Sul fronte delle conoscenze microbiologiche di base, invece, l'estrema semplicità delle forme L rappresenta un'opportunità per

studiare i meccanismi biologici fondamentali.

Per scoprire di cosa era fatta la parete provarono a eliminarla con enzimi diversi. Con il lisozima (oppure penicillina) si creavano

dei piccoli buchi nella parete, l’acqua entrava e la cellula Iisava. Isolando le parete, la poterono studiare biochimicamente.

Negli anni ’50 iniziano gli studi di microscopia elettronica che, uniti agli studi biochimici e quelli di Gram, portarono alle

conoscenze che abbiamo oggi dei moo. Salton, infatti, confermò che la colorazione di Gram è determinata da una diversa

composizione della parete cellulare.

Funzioni della parete batterica:

1. Mantenere la forma e la rigidità. Nel momento in cui la parete cellulare viene eliminata, la forma viene persa (ma non del

tutto). Se poi vengono effettuati dei buchi nella parete e le condizioni non sono isotoniche, la cellula esplode.

2. Resistenza meccanica e chimica (per esempio a composti tossici).

3. Divisione cellulare e movimento: la parete prende parte nella divisione cellulare; deve dividersi anche lei durante la

replicazione. La parete cellulare consente al batterio di avere un contrafforto rigido che permette così il movimento (come le

ossa per i muscoli).

4. Sede di determinanti antigenici: per i contatti e gli scambi con l’esterno.

5. Siti fagorecettori

6. Coinvolgimento in attività metaboliche: è una struttura sì rigida ma allo stesso tempo dinamica

Esistono batteri privi di parete che hanno le seguenti caratteristiche:

sensibilità alla lisi osmotica

- non sensibili ad antibiotici che inibiscono la formazione della parete

- deformabilità

- quasi tutti i parassiti obbligati sono batteri che hanno perso la capacità di fare la parete perché non gli serviva più.

- Essendo endoparassiti (che vivono in altre cellule) la parete non serve e siccome sintetizzarla e mantenerla è un grande

dispendio di energia, man mano hanno smesso di attivare i geni coinvolti a farlo. Sono batteri molto esigenti se coltivati

in laboratorio.

colonie piccole con aspetto “a uovo al tegame”, più dense al centro che intorno.

- strato polisaccaridico (capsula) strettamente legato alla membrana plasmatica

- la percentuale di G+C insolitamente bassa (23-36%)

- genoma piccolo, se confrontato con quello di batteri con parete. Questo perché non producendo la parete, hanno

- perso quei geni implicati nella produzione della stessa.

Esempi di batteri privi di parete sono i mollicuti, solitamente batteri delle piante o degli artropodi (Mycoplasma, Acholeplasma,

Spiroplasma, Anaeroplasma, Ureaplasma). In laboratorio può capitare che delle colture vengano infettate da micoplasmi.

Infezioni da endobatteri sono più difficili da individuare perché non si curano con gli antibiotici.

Stratificazione della parete e differenze tra

Ci sono anche dei gruppi di batteri, come i Planctomyces (batteri poco caratterizzati, vivono in acque dolci o salmastre), che

batteri Gram+ e Gram -

non presentano peptidoglicano, ma hanno comunque una membrana che gli permette di vivere nell’ambiente.

Gram : hanno una parete spessa composta al 90-95% di

+

peptidoglicano (detto anche mureina), una glicoproteina

presente solo nei batteri. L’1% della parete dei Gram è

+

formato da polisaccaridi e circa il 10% da acidi teicoici

(polialcoli fosfati) e lipoteicoici. C’è uno spazio periplasmico

estremamente ridotto. Hanno una parete batterica non

selettiva: gli enzimi vengono secreti all’esterno della cellula

perché non possono essere confinati in uno spazio

periplasmico, dato che è assente

Gram : ha uno strato di peptidoglicano più sottile

–

(compone il 15-20% della parete batterica) compreso in uno

spazio (detto periplasmico) che è confinato da una membrana esterna lipidica (che contiene fosfolipidi, acidi grassi, proteine) e

Struttura molecolare peculiare: peptidoglicano 24

che è ancorata grazie a determinate proteine allo strato di peptidoglicano. Lo spazio periplasmico contiene lo strato di

peptidoglicano (ancorato alla membrana esterna con la lipoproteina di Braun) e una serie di enzimi degradativi, che non

vengono secreti. Il pepdidoglicano all’interno dello spazio periplasmco è idrato e costituisce il gel periplasmico.

La membrana esterna (8 nm di spessore) non è costituita solo da fosfolipidi e proteine ma è composta anche da LPS

(lipopolisaccaridi), che hanno anche la caratteristica di distinguere ceppi patogeni da ceppi non patogeni e da porine (proteine

canale che permettono l’ingresso di molecole con una certa dimensione inferiore al poro di ingresso). In realtà, il foglietto

interno è molto omogeneo e costituito da fosfolipidi di membrana; il foglietto esterno invece è quello che contiene LPS. È una

barriera selettiva: le molecole che entrano sono trattate dagli enzimi degradativi nello spazio periplasmico prima di entrare nel

citoplasma.

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Domande aperte esame:

- parla della struttura e della funzione del peptidoglicano. Nell’esame bisogna fare attenzione alla domanda: se la prof chiede di descrivere il

peptidoglicano o se chiede di descrivere la sintesi del peptidoglicano. Se la domanda e la seconda bisogna spiegargliela tutta bene.

- la parete cellulare dei Gram-

- differenze della parete dei Gram+ e dei Gram-