Microbiologia Farmaceutica

  Università  di  Torino   MICROBIOLOGIA  

Dipartimento  di  Scienze  del  Farmaco  

1.    

CONCETTI  GENERALI  DELLA   MICROBIOLOGIA

I  microrganismi  sono  quei  organismi  unicellulari/pluricellulari  di  dimensioni  estremamente  piccole  

invisibili  ad  occhio  nudo.  Per  essere  studiati  necessitano  quindi  di  particolari  strumentazioni  in  grado  

di  poterli  osservali.  Tali  microrganismi  sono  presenti  in  moltissimi  ambienti  e  nell’uomo  costituiscono  

la  flora  batterica  (10  cellule  batteriche).  Naturalmente  non  tutti  i  m.o.  sono  innocui,  in  particolare  i  

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m.o.   patogeni   possono   causare   problemi   all’organismo.   La   riproduzione   di   una   cellula   batterica   è  

rapidissima  ed  in  circa  20  min  ha  effettuato  moltissime  replicazioni.  

I   fattori   che  determinano  la   patogenicità  del  m.o.  sono:  

Il  potere  tossico  

• Il  potere  invasivo  

• Capacità  di  resistenza  alle  difese  dell’ospite  

•

Gli  agenti  infettivi  più  comuni  sono  i  batteri,  i  funghi  i  protozoi  e  i  virus.  Il  regno  dei  funghi  è  costituito  

dai  lieviti  (organismi  unicellulari)  e  le  muffe  (alterazioni  degli  alimenti).  Sia  i  lieviti  e  le  muffe  possono  

risultare   patogeni   per   l’organismo.   I   batteri   possono   essere   patogeni   o   saprofiti   (indice   di  

inquinamento).   Alcuni   batteri   sono   particolarmente   temuti   poiché   produttori   di   spore   (tetano,  

botulino).   Le   spore   possiedono   involucri   proteici   esterni   e   sono   delle   forme   di   resistenza   della   cellula  

batterica,  sviluppate  quando  si  trova  in  condizioni  sfavorevoli.  

2.   I  BATTERI  

I   batteri   sono   m.o.   unicellulari   (1-­‐10   micrometri)   procarioti   (sprovvisti   di   nucleo)   che   riproducono  

per   scissione   binaria.   Essi   presentano   un   unico  

cromosoma  batterico:  1  molecola  di  DNA.    

Le  forme  che  possono  assumere  sono  principalmente  

di  tue  tipi:  forma  sferica  (cocchi)  o  forma  allungata-­‐

cilindrica  (

bacilli).    

Successivamente   queste   strutture   tendono   ad  

aggregarsi   dando   origine   ai:   diplococchi   (coppie   di  

cocchi),   streptococchi   (catena   di   cocchi),  

stafilococchi   (aggregazione   a   grappolo   di   cocchi),  

vibroni  (bacilli  allungati  a  virgola),  

spirilli  (spirale).  

Le   principali  caratteristiche  della  cellula  procariote  sono:    

Assenza  di  compartimentazione  

• Assenza  di  nucleo  delimitato  da  membrana  

• Assenza  di  mitocondri  ed  altri  organuli  delimitati  da  membrana  

• Assenza  di  reticolo  endoplasmatico  

• Assenza  di  colesterolo  nella  membrana  plasmatica  

• Presenza  di  parete  cellulare  

• Unico  cromosoma  circolare  

• Particolari  caratteristiche  metaboliche  come  capacità  di  fissare  N  e  di  effettuare  la  respirazione  

• 2

Ribosomi  70S  (80S  eucarioti)  

•

Le   strutture  fondamentali,  senza  le  quali  il  batterio  non  sopravvivrebbe,  sono:  

MEMBRANA  CITOPLASMA  (sito  dei  processi  metabolici,  trasporto  nutrienti)  

• CITOPLASMA  

• PARETE  CELLULARE  (forma  e  protezione  dalla  lisi)  

•

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MEMBRANA  ESTERNA  o  PERIPLASMA  (caratteristico  nei  batteri  Gram-­‐)  

• NUCLEOTIDE:  materiale  genetico  

• MESOSOMl  

• RIBOSOMl  

•

Le  principali  

strutture  accessorie  della  

cellula  sono:  

CORPI   INCLUSI:   riserve   di   carbonio,  

• fosfato,  etc…  

VACUOLI  GROSSI  

• FLAGELLI  (motilità)  

• PLASMIDI  

• GRANULI  

• FIMBIE  E  PILI:  adesione  alle  superfici,  coniugazione  

• SPORA:  sopravvivenza  in  condizioni  ambientali  sfavorevoli  

• CAPSULA  E  STRATI  MUCOSI:  adesione  alle  superfici,  fattori  di  resistenza  alla  fagocitosi.  

•

IL  CITOPLASMA  

È   racchiuso   dalla   membrana   cellulare   e   non   vi   sono   organuli   circondati   da   membrana.   Si   svolgono  

funzioni  metaboliche  importanti:  sintesi  proteica  e  glicolisi  anaerobia.  

Ha   organuli   immersi   in   una   fase   acquosa,   di   consistenza   variabile,   detta   matrice   citoplasmatica  

(sostanza  fondamentale  o  citosol).  

Sono  presenti:  glicogeno  (materiale  di  riserva),  lipidi,  polisaccaridi,  inclusioni  (con/senza  membrana)  

La   matrice   citoplasmatica   o   citosol   è  costituita  dal   70%  di  acqua,  +  macromolecole  proteiche  in  vari  

stati   di   aggregazione,   acidi   grassi,   ioni,   polisaccaridi   di   riserva,   ribosomì   e   granuli;   plasmidi   e   il  

nucleoide.  

Le  inclusioni  citoplasmatiche:  

  Il  cromosoma  (nucleoide)  batterico:  Non  vi  è  un  nucleo  delimitato  da  membrana  nucleare.  Il  cromosoma  

• contiene  il  materiale  genetico  e  può  avere  posizione  centrale  (nei  Gram+)  o  periferica  (nei  Gram-­‐).  Presenza  

di   un   solo   cromosoma   formato   da   DNA   a   doppia   elica   circolare,   raggomitolato,   associato   a   delle   proteine,  

poliamine  (simili  a  istoni)  che  tengono  avvolto  il  DNA  e  ne  riducono  l’acidità.  

I   ribosomi:   particelle   citoplasmatiche   responsabili   della   sintesi   proteica   e   situati   sulla   membrana  

• citoplasmatica  dove  vi  sono  gli  enzimi  respiratori  (porzione  più  abbondante).  I  ribosomi  sono  formati  da  2  

unità   costituite   dal   60%   di   RNA   e   dal   40%   in   proteine   che   si   associano   durante   la   sintesi   proteica.   I  

ribosomi  batterici  hanno  con  costante  di  sedimentazione  di  7OS  .  

I   plasmidi   (non   essenziali):   molecole   di   DNA   a   doppia   elica,   extracromosomiale,   circolare   contenenti   50-­‐

• 100   geni.   Sono   di   piccole   dimensioni   (1/20   -­‐   1/100   di   un   cromosoma)   e   compiono     replicazione   autonoma.  

I  plasmidi  se  si  integrano  col  cromosoma,  si  replicano  con  il  cromosoma  stesso  e  danno  origine  a  episomi.  

Questi  episomi  possono  separarsi  e  tornare  a  replicarsi  autonomamente  sotto  forma  di  plasmide.  Episomi  e  

plasmidi   non   sono   essenziali   ma   comportano   vantaggi   selettivi   (resistenza   agli   antibiotici,   luminescenza...);    

inoltre  sono  utili  nella  tecnica  del  DNA  ricombinante  perché  permettono  di  amplificare  un  segmento  di  DNA  

anche  un  milione  di  volte  tramite  un  processo  chiamato  clonazione  del  DNA.  

I   granuli   (non  essenziali)  possono  essere:  

•      -­‐  granuli  di  glicogeno,  rivestiti  da  membrana  e  con  funzione  di  riserva.  

     -­‐   granuli   di   polifosfato   anche   chiamati   granuli   metacromatici,   di   volutina   o   corpi   di   Babés-­‐Ernest,   con  

funzione  di  riserva  di  fosfato.  

MEMBRANA  CITOPLASMATICA  

È  la  membrana  più  interna,  ha  una  struttura  costante  in  più  specie  batteriche;  a  differenza  di  quella  

degli  eucarioti  non  sono  presenti  steroli  (eccezione  micoplasmi).  Ha  una  struttura  trilaminare  

costituita  da:  proteine  60  -­‐70  %,  lipidi  e  fosfolipidi  20  -­‐30  %  e  tracce  di  carboidrati.  

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Le   principali  funzioni  sono:  

Barriera  osmotica:  separa  interno  da  esterno,  ritiene  i  liquidi.  

• Sito  di  permeabilità  selettiva  e  di  trasporto  mediato  da  permeasi  

• Sito  di  fosforilazione  ossidativa,  glicolisi  e  della  pompa  protone-­‐motrice  

• Sito  di  sintesi  della  parete  cellulare  

• Sito  di  aggancio  del  cromosoma  batterico  

•

Bylayer   fosfolipidico   -­‐   Modello   a   mosaico   fluido:   In   ambienti   acquosi   la   membrana   fosfolipidica  

organizza  se  stessa  in  modo  da  formare  spontaneamente  un  doppio  strato  fosfolipidico  continuo.  

Le  proteine  di  membrana,  strutturali  o  funzionali,  sono  proteine  periferiche  (transitorie)  integrate  

(associate),   fissate   nel   bilayer,   difficilmente   separabili   dalla   membrana.   Formano   dei   canali   di  

trasporto  attraverso  il  doppio  strato  fosfolipidico.  

Nei  batteri  ci  sono  almeno  3  meccanismi  importanti  di  trasporto:  

  Diffusione  passiva  (assimilazione  di  sostanze  da  ambiente  esterno  senza  consumo  di  energia)  

• Diffusione  facilitata  (CON  CARRIER)  (eucarioti)  

• Trasporto   attivo   (assimilazione   di   sostanze   che   richiede   un   dispendio   diretto   o   indiretto   di   energia,   ed  

• accumula  substrati  contro  un  elevato  gradiente  di  concentrazione)  

Traslocazione   di   gruppo   (traslocazione   di   diverse   molecole   contemporaneamente   mediante  

permeasi  che  alterano  il  substrato  fosforilandolo).  

Sulla   membrana   vi   sono   dei   recettori   specifici   che   legano   molecole   specifiche   in   grado   di   attivare  

specifiche   funzioni.   Le   PBP   (recettori   proteici   che   si   legano   alle   penicilline)   rivestono   un   ruolo  

fondamentale  per  il  mantenimento  fisiologico  della  cellula  e  della  sua  integrità  strutturale.  

Sono  enzimi  che  svolgono  un’importante  funzione  nella  sintesi  del  peptidoglicano  della  parete,  nella  

fase  di  assemblaggio  del  peptidoglicano  nuovo  e  nelle  fasi  di  distruzione  del  peptidoglicano  vecchio,  

dalla   cellula   madre   alla   cellula   figlia.   Inoltre   garantiscono   la   morfologia   della   cellula   ed   il  

mantenimento  fisiologico.  

MESOSOMA  

Sono   invaginazioni   della   membrana   citoplasmatica   a   forma   di   vescicole,   tubuli   o   lamelle;   nei   Gram+  

sono  numerosi,  mentre  nei  Gram-­‐  sono  scarsi.  Si  osservano  durante  prime  fasi  replicazione  (i  due  DNA  

ai   poli).   Nella   formazione   delle   spore   si   accentuano   queste   invaginazioni.   Il   mesosoma   presenta   più  

enzimi  respiratori  rispetto  alla  membrana  citoplasmatica.  

PARETE  CELLULARE  

La  parete  cellulare  è  come  una  membrana  che  conferisce  rigidità  alla  cellula,  proteggendola  dalla  lisi  e  

svolgendo  un  importante  ruolo  durante  la  divisione  cellulare.  Inoltre  è  sito  d'azione  degli  antibiotici  

(target).      

Essa   presenta   diverse   caratteristiche  a   seconda   se   parliamo   di   batteri   Gram   +   (costituiti   da   uno   strato  

spesso  di  pepti