Microbiologia per scienze biologiche

SPORE BATTERICHE

Possono essere ENDOSPORE o ESOSPORE

MICROBIOLOGIA

Sono forme cellulari per diffusione e sopravvivenza, infatti hanno un certo grado di resistenza e sopravvivenza maggiori rispetto alle cellule vegetative. In generale le endospore (che si formano all'interno della cellula o della colonia) hanno un tasso di resistenza e sopravvivenza molto elevato anche a condizioni estreme. La loro presenza costituisce uno dei problemi maggiori per la sterilizzazione dei materiali. Bisogna raggiungere temperature oltre i 100 gradi (si aumenta la pressione a livelli maggiori di quella atmosferica). Non sempre tuttavia è sufficiente. Esempio di organismi che fanno endospore = clostridium botulinum (nelle conserve) e clostridium antracae (renne della russia) L'endospora non ha una forte attività metabolica, mantiene il livello metabolico bassissimo. Sono a maggiore forza di resistenza dei batteri. Le esospore vengono prodotte al di fuori della cellula e sono tipiche degli attinobatteri e dei mixobatteri.

Siformano nella porzione apicale o nel corpo fruttifero. Permettono una maggiore volatilizzazione e il loro scopo è principalmente riproduttivo. Hanno resistenza minore rispetto alle endospore.

Negli eucarioti si formano per riproduzione asessuata.

ENDOSPORE

Estremamente resistenti ad agenti chimici e fisici (cloroformio, etanolo, metanolo) e fisici (temperature e pH estremi, raggi UV).

Le endospore batteriche al microscopio hanno una certa rifrangenza.

Non sono capaci di duplicarsi.

Sono forme vive ma quiescenti.

Sia la sporulazione che la germinazione (ritorno della cellula alla forma vegetativa) sono regolate: ci sono stimoli ambientali che attivano cascate di trascrizione che portano alla sporulazione che a un certo punto diventa irreversibile e in seguito, se le condizioni sono favorevoli, a germinazione.

Condizioni sfavorevoli: scarsità di cibo, temperature o radiazioni estreme.

Spesso per la sterilizzazione si fanno dei cicli di sterilizzazione e germinazione in modo da trattare la forma germinativa.

Non la spora. Questo perché questi due processi hanno tempi differenti. In laboratorio il processo di sporulazione è lungo (8-10 ore). La germinazione invece avviene in pochi minuti. Vengono fatte da organismi gram positivi, in particolare i BACILLALES E CLOSTRIDIALES. Altri organismi gram+ e anche alcuni gram-. Morfologia: le spore già formate sono corpi rifrangenti (si possono osservare sia in formazione che già formate). In formazione sono ancora attaccate alla cellula germinativa. Mentre la spora è in formazione possiamo osservare diversi posizionamenti: - Endospore terminali = la spora si forma polarmente nella parte terminale del bacillo - Subterminali = né centrali né apicali - Centrali = al centro Fasi di sporulazione (su stimolazione di tipo nutritivo principalmente): 1. DIVISIONE CELLULARE Non è la normale scissione binaria, in quanto non è una divisione simmetrica: si forma un setto in posizione apicale. Avviene.

La duplicazione del cromosoma dopo la formazione del setto. Si parla di PRESPORA, che è molto più piccola. La cellula intera invece si chiama sporangio. Il processo ora è irreversibile.

INGLOBAMENTO DELLA PRESPORA

A livello del setto vi è una degradazione del peptidoglicano (si disfa la parete). La prespora tende a ingrossarsi e spostarsi all'interno verso la cellula madre. Avviene un'invaginazione, la membrana della cellula madre avvolge la prespora. Essa avrà quindi di fatto due membrane: la sua e quella della cellula madre. Sono due membrane fosfolipidiche con polarità opposta (quella che è la membrana esterna della madre diventa la membrana interna della prespora).

FORMAZIONE DELLA CORTECCIA

La corteccia è la parete cellulare della spora. È formata da un peptidoglicano modificato, infatti la struttura della corteccia è molto più lassa della parete cellulare dei gram positivi. Questo

perché il peptidoglicano si modifica: perde la catena peptidica e subisce ciclizzazione dell'anello lattamico legato al NAM. Il polimero è un NAG-E-LATTAME del NAM. La corteccia si forma tra membrana della prespora e membrana della cellula madre. Queste modificazioni non coinvolgono tutte le molecole del glicano monomero della parete ma circa il 50%.

A conferire invece resistenza alla spora ci sono due composti:

• ACIDO DIPICOLINICO DAP = sintetizzato a livello del core. Esso si accumula e stabilizza come sale di calcio. Va a stabilire una porzione rilevante del citoplasma della prespora. Conferisce stabilità degli acidi nucleici, termoresistenza e reagisce con le molecole di acqua asciugando la spora (contiene pochissima acqua, 15% vs 70%).
• SMALL ACID SOLUBLE PROTEINS SAPS = proteine che si legano al DNA e conferiscono ad esso fotoprotezione contro le radiazioni (UV) che possono destabilizzarne la struttura.

FORMAZIONE DELLA TUNICA

Per resistenza ad attacco

La spora chimica è costituita da proteine e si forma esternamente alla membrana della cellula madre. Sono state descritte 50 differenti proteine. Si pensa che forniscano alla cellula anche resistenza ai predatori. Questa è la "dotazione minima" = la spora è pronta. Il resto della cellula madre subisce una lisi e si separa dalla spora grazie ad enzimi litici. La spora è matura.

STRATI DELL'ENDOSPORA

• Esternamente in alcuni organismi si formano ESOSPORI = strati esterni accessori. È costituito da materiale polimerico di differente composizione.
• Tunica sporale
• Membrana esterna della cellula madre
• Corteccia = Membrana della spora
• Citoplasma asciugato con i suoi componenti DAP e SAPS
• Oltre all'esosporio in alcune cellule possono trovarsi altri elementi tra corteccia e l'esosporio, i CORPI PARASPORALI, ovvero inclusioni extra al di fuori della spora che possono avere utilità. Il più famoso è la tossina.

di bacillus turingensis, un'inclusione paracristallina proteica che ha proprietà, una volta ingerita dalla larva di un insetto, tossiche. Non è la proteina di per sé ad essere tossica, ma una proteina che viene prodotta durante il suo alloggio nell'intestino (grazie al contenuto alcalino di questo).

Il mais BT produce naturalmente la tossina che permette la resistenza della pianta all'attacco di questi insetti. È un cristallo di grandi dimensioni che si frammenta in subunità proteiche. Subiscono una lisi grazie a proteasi intestinali della larva che liberano la tossina. Essa si lega in maniera specifica ad alcuni recettori della membrana delle cellule intestinali della mucosa dell'intestino e permettono la fuoriuscita di protoni e ioni, andando a destabilizzare il metabolismo cellulare. Questo provoca la rottura delle cellule intestinali della larva e la morte della larva. Il batterio ci guadagna (si forma solo nelle spore).

che la distruzione delle cellule in cui si insedia la spora permette a essa l'accesso ad altre parti dell'organismo in cui può trovare condizioni favorevoli. La tossina quindi permtte di infettaremeglio e di trovare in altri compartimenti cellulari una posizione nella quale poter rigerminare.

GERMINAZIONE

Molto rapida (ordine dei minuti) in laboratorio. Inizia con idratazione degradazione della corteccia grazie a enzimi litici che riconoscono l forma lattamicadel NAM. La cellula torna così alla fase vegetativa ed è pronta a germinare.

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CRESCITA MICROBICA

venerdì 27 marzo 2020

09.12= aumento del numero di cellule in una popolazione. Non si parla solo di crescita in numero, ma anche in dimensioni. Quando si osserva una scissione binaria si osserva un aumento di dimensioni dell'organismo che precede la scissione. La crescita è dovuta alla SCISSIONE BINARIA. Si assiste a una duplicazione di tutti gli organelli e del DNA. Si forma un

setto di divisione (autolisine e altri enzimi che disgregano e riformano la parete). La crescita è di tipo esponenziale. N = numero di cellule a partire da un numero N0 in funzione del numero di generazioni. Siccome ogni cellula si duplica N = N0 * 2^n con n = numero di generazioni. Alla generazione 0 si ha 1 cellula progenitrice. Log2 = pendenza. Non dice nulla sul tempo. 51 MICROBIOLOGIA C'è un altro parametro che si può definire, ovvero l'inverso di g = VELOCITÀ SPECIFICA DI CRESCITA. È un coefficiente cinetico che fornisce il numero di duplicazioni per unità di tempo. Maggiore è k, maggiore è la velocità di crescita. La crescita non sarà sempre esponenziale, in quanto intervengono due eventi (uno precedente e uno successivo) che determinano la diminuzione degli individui. In una curva di crescita si osservano almeno 4 fasi: - Fase di latenza (fase di lag) = i microorganismi o non crescono o crescono a una velocitàche ha un numero di duplicazioni che tende a salire nel tempo. Implica che i microorganismi si stanno adattando al nuovo terreno di crescita, ovvero hanno modificato il loro pattern di trascrizione dei geni. Una volta adattato l'organismo non ha condizioni limitanti che possono limitare la sua crescita (che è comunque influenzata da parametri chimico-fisici come pH e temperatura).

• Fase esponenziale = massimo di velocità di crescita possibile viste le condizioni di contorno. La popolazione raddoppia a intervalli regolari per un periodo breve o esteso a seconda delle risorse disponibili o di altri fattori. Solitamente si trovano allo stato più sano in questa fase, motivo per cui si preferisce prelevare cellule e studiarle.
• A un certo punto ci si trova in una CONDIZIONE DI LIMITAZIONE = almeno uno di tutti i fattori diventa a livelli subottimali. Il microorganismo non è più in grado di esprimere la propria velocità di crescita in

maniera ottimale. La curva di crescita diventa da convessa a concava fino all'arresto della crescita e si entra nella FASE STAZIONARIA. Non è l'assenza di duplicazione, ma il numero di duplicazioni è lo stesso di quello di morti cellulari. Alcune cellule in duplicazione utilizzano le componenti di altre cellule che sono andate incontro a lisi cellulare. Anche questa fase a un certo punto termina.

FASE DI MORTE = il bilancio è in negativo (ci sono più lisi cellulari che duplicazioni)

CONDIZIONI REALI NELL'AMBIENTE

Bisogna tener conto di altri parametri:

• La temperatura e altri parametri ambientali non possono essere mantenuti costanti
• Spazio
• Presenza di altri organismi che possono indurre morte cellulare
• Presenza di sostanze tossiche

Nell'ambiente, a meno di non essere in particolari condizioni, difficilmente si osserva una fase esponenziale, la crescita è