Microbiologia (tutto il programma)

Microbiologia

MICRORGANISMI: eucarioti ed eucarioti pag. 2

 CELLULA BATTERICA

 (composizione, dimensioni, classificazione, organizzazione)

pag. 3-4

CELLULA PROCARIOTICA

 Interno pag. 4-5

Esterno (parete cellulare, peptidoglicano, particelle esterne)

pag6, 10-11

GRAM + pag. 9

GRAM - pag. 10

Colorazione Gram pag. 12

Colorazioni particolari: Zihel – Neelson pag. 13

Leifson pag. 15

SPORA BATTERICA o endospora

 (struttura, morfogenesi, colorazione Shaeffer)

pag. 16-18

DIVISIONE BATTERICA pag.

 19-20

METABOLISMO E CONVERSIONE DI ENERGIA

 (glicolisi, respirazione, fermentazione) pag.

21-23

INTERAZIONE OSPITA- PARASSITA

 (flora microbica, normale, infezioni opportunistiche,

classificazione batteri) pag.

24-26

PROCESSO PATOGENETICO

 (colonizzazione, infezione, malattia)

pag. 27-29

ESOTOSSINE ED ENDOTOSSINE pag.

 30-32

MICROBIOLOGIA CLINICA

 (obiettivi, fasi) pag. 33-34

Diagnostica diretta (es. microscopico, culturale,

antibiogramma) pag. 34-38

Diagnostica indiretta pag. 39

INFEZIONI BATTERICHE pag.

 41-46

(stafilococchi, streptococchi, Neisserie, micobatteri,

enterobatteri)

FATTORI DI VIRULENZA + TIPI DI ESOTOSSINE

 pag. 47-49

VIRUS pag. 50-52

 Pag. 1

(struttura, organizzazione, caratteristiche, capside, peplos)

Replicazione virale pag. 53-54

Azione patogena dei virus + meccanismi di difesa

pag. 54-55

EPATITI (A, B, C, HIV) pag.

59-66

FUNGHI + infezioni funginee pag.

 67/ 70-71

Lieviti e muffe pag. 68-69

microrganismi

La microbiologia è la scienza che si occupa dello studio dei

(dal geco microbo=piccolo e bios=vita). Tutti i microrganismi sono esseri

unicellulari e come tali sono indipendenti e autonomi; ciò significa che quando

si uniscono a formare aggregati multicellulari a formare una sostanziale

equivalenza, ma le singole cellule hanno una propria funzionalità metabolica e

riproduttiva.

Gli esseri viventi sono distinti in 3 domini:

Bacteria

 Comprendono i

Archea

 procarioti

Eucarya comprende gli eucarioti



I microrganismi quindi si distinguono in eucarioti e procarioti.

EUCARIOTI PROCARIOTI

Animali, piante, funghi, Eubacteria e archaebacteria

protozoi, alghe

Struttura cellulare molto Struttura semplice

complessa Non hanno un involucro quindi il

Hanno un nucleo ben definito, materiale genetico è a stretto

avvolto da membrana contatto con il citoplasma (la

citoplasmatica, e ospita il regione è detta nucleoide)

materiale genetico sotto forma

di cromosomi. Il citoplasma manca di alcuni

organelli come reticolo

L’ambiente citoplasmatico ha endoplasmatico, apparato del

un’elevata Golgi

compartimentazione per la

presenza di un sistema di

membrane (reticolo

endoplasmatico liscio e

rugoso) e organelli di varia

natura

Comuni a entrambi sono i ribosomi, che differiscono però per le

dimensioni

(per gli eucarioti da 10 a 100 micron, nei batteri inferiore a 1

micron) Pag. 2

Riproduzione sessuata o Riproduzione asessuata che

asessuata a seconda avviene attraverso processo di

dell’organismo scissione binaria

Entrambi sono capaci di movimenti grazie al flagello (più semplici

nei procarioti)

CELLULA BATTERICA

Composizione chimica

ACQUA: 80% del peso totale, fornisce loro il mezzo in muoversi e interagire

COMPONENTI INORGANICI k, Na, Mg, Ca, Fe, Zn, P, S



COMPONENTI ORGANICI complessi a basso peso molecolare o sotto forma di



polimeri

Dimensioni e morfologia cellulare

La cellula batterica è una cellula procariotica, di piccole dimensioni (tra 2 e 200

micron), la cui forma può essere sferica o cilindrica, la lunghezza varia tra 0,5 e

3 micron.

Se consideriamo un batterio, essi hanno una superficie media di 12 micron² con

un volume di circa 4 micron³. Se

rapportiamo la superficie

rispetto al volume quindi 12:4

avremo un rapporto di 3 a 1. Nella

cellula eucariotica si avrà un

rapporto di 0,3 a 1. Quindi più

grande è la cellula più

sfavorevole è il rapporto

superficie – volume.

La crescita e le dimensioni di una

cellula sono influenzate da una

variabile, il TASSO

METABOLICO, che è

direttamente proporzionale al

diametro della cellula (d)². Pag. 3

Formula: 1/k x (d)².

Il tasso metabolico sarà minore nelle cellule procariotiche e maggiore in quelle

eucariotiche. Però da ricordare che le cellule più piccole hanno un rapporto

favorevole tra la superficie e il volume rispetto a quelle eucariotiche che hanno

un rapporto sfavorevole tra superficie e volume anche se con un tasso

metabolico più alto. Quindi una cellula procariote nonostante il tasso

metabolico inferiore rispetto ad una cellula più grande, ha a disposizione una

superficie più ampia attraverso cui scambiare sostanze nutritive e materiale di

scarto, quindi sopravvive anche con una struttura organolettica più semplice.

La cellula eucariote anche se ha un tasso metabolico più elevato, avrà una

superficie minore attraverso cui scambiare le sostanze nutritive e materiale di

scarto per cui ha bisogno di una serie di strutture e organelli che rendono

efficienti i processi di scambio. Quindi le dimensioni sono in rapporto con il

tasso metabolico e la complessità strutturale della cellula.

Le ridotte dimensioni consentono una penetrazione più efficiente dei nutrienti

che raggiungono ogni parte del batterio (al contrario gli eucarioti necessitano

di organelli specializzati nel metabolismo).

Principali morfologie cellulari

I batteri presentano elevata variabilità nella forma e organizzazione.

Distinguiamo:

Cocchi sferici o ovoidali

 (coccobacillo vibrione

Bacilli bastoncellari se corto e rigonfio, se

 leggermente ricurvo)

Spirilli bastoncelli elicoidali, a virgola o ricurvi

 Spirochete forma “a molla”

 Peduncolati dotati di estrusioni a forma di tubuli/peduncoli

 Filamentosi

 Pleomorfi a morfologia variabile



Organizzazione cellulare

L’organizzazione cellulare e la disposizione nello spazio dipendono poi dalla

modalità di divisione e dai rapporti che le cellule figlie mantengono tra loro:

Cocchi

 Singoli

o Diplococchi (in coppia)

o Catenelle

o Tetradi (4 cellule su 2 piani)

o Sarcina (su 3 piani, forma cubica, da 8 a 64 cellule)

o Ammassi (piani casuali e irregolari)

o Bacilli

 Pag. 4

Catenelle (il piano di divisone è perpendicolare alla struttura stessa del

o bacillo)

Palizzata (il piano della divisone è parallelo alla struttura stessa del

o bacillo) CELLULA PROCARIOTICA nucleoide,

Partendo dall’interno, individuiamo una regione detta che contiene il

cromosoma batterico, non delimitata da membrana citoplasmatica.

cromonema,

Il cromosoma batterico, detto anche è costituito da un singolo,

bicatenario e lungo filamento di DNA con struttura circolare super avvolto. Se

andassimo a distendere questo cromosoma, mediamente avrebbe una

lunghezza di 1000 micron (contiene circa 3500 geni); associati ai geni troviamo

numerosi enzimi tra cui la DNA-topoisomerasi necessaria per la replicazione.

Il patrimonio genetico dei batteri è contenuto principalmente nel nucleoide; ma

vi è tuttavia materiale genetico che contiene altre informazioni. Si parla

elementi genetici extra cromosomici

pertanto di ossia piccole porzioni di DNA

sempre a struttura circolare che

possono appartenere a 2

categorie:

Plasmidi

- ossia piccoli tratti

di DNA a doppia elica

esterni al cromosoma, si

replica autonomamente,

possono contenere

informazioni per alcune

caratteristiche fenotipiche

che possono aumentare

l’azione patologica del germe

Elementi trasponibili (trasposoni)

- cioè piccole sequenze di DNA che

hanno alle loro estremità delle sequenze di inserimento, in grado di

inserirsi nel cromosoma batterico o in un plasmide. Prendono questo

nome perché possono spostarsi all’interno del cromosoma batterico da

un punto all’altro, possono spostarsi dal cromosoma batterico verso un

plasmide oppure staccarsi da un plasmide e inserirsi nel cromosoma

batterico.

FUNZIONI

CROMOSOMA BATTERICO

 Trasmissione dei caratteri da una cellula alle generazioni successive

o Presiede alla sintesi dei fattori che regolano il metabolismo cellulare

o DNA determina quali proteine ed enzimi è in grado di sintetizzare

o l’elemento cellulare e quindi quali reazioni chimiche è in grado di

svolgere

PLASMIDI, TRASPOSONI

 Veicolano sequenze geniche non presenti sul cromosoma, codificanti per

o differenti prodotti Pag. 5

Possono replicarsi autonomamente e permanere nella cellula per

o numerose generazioni

Codificano per fattori di virulenza (es. antibiotico-resistenza )

o

Il citoplasma ha un aspetto granulare ed è privo di molti organelli come reticolo

endoplasmatico, mitocondri …

Composizione: per l’80% è costituito da acqua, per il 20% da Sali e proteine, vi

sono gli acidi nucleici (DNA; RNA), enzimi, carboidrati, amminoacidi, lipidi.

citosol

Con il termine indichiamo la porzione liquida. Il citoplasma è deputato

ribosomi

alla sintesi proteica grazie alla presenza dei (essendo più piccoli

rispetto a quelli eucariotici, anche il numero e le dimensioni delle proteine

saranno ridotte).

Composizione:

60% RNA-ribosomiale + 40% proteine

Fatti da 2 subunità asimmetriche (50 S +

30 S)con costante di sedimentazione 70 S

Nel citoplasma possono esserci delle granulazioni che variano tra loro per

volume e contenuto. Tipologie:

Glicogeno (rivestiti da membrana e svolgono funzione di accumulo di

 materiali nutritivi di riserva)

Poli-B-idrossibutirrato

 Polisaccaridi o polifosfati (detti anche granulo metacromatici o di

 volutina in quanto si colorano di rosso con il blu di toluidina; svolgono la

funzione di riserva di fosfato)

vescicole gassose (per il galleggiamento)

 granuli di zolfo e fosfato

 magnetosomi



Tutto l’ambiente citoplasmatico è delimitato da una membrana cellulare.

Tra gli involucri cellulari troviamo la membrana cellulare e la parete cellulare.

membrana cellulare

La è una struttura sottile (spessore di circa 8 nanometri) e

costituisce un vallo tra il citoplasma e l’ambiente extracellulare. È costituito dal

60% di proteine, per il 40% da lipidi e fosfolipidi e infine piccole quantità di

carboidrati.

Organizzazione della membrana

 doppio strato fosfolipidico

regione idrofilica (glicerofosfato)

o regione idrofobica (acidi grassi)

o

proteine associate alla membrana o integrali di membrana

 opanoidi molecole con azione stabilizzante la frazione lipidica

 Pag. 6

Funzione della membrana

1. Funge da barriera di permeabilità

Regolazione selettiva degli scambi di nutrienti metabolici da e per

l’ambiente extracellulare

TRASPORTO PASSIVO

 Avviene secondo gradiente di concentrazione, quindi senza

consumo di energia. Esempi sono la diffusione semplice o facilitata

che avvengono secondo la presenza di un gradiente osmotico

quindi da zone più concentrate a zone meno concentrate e sono

più veloci

TRASPORTO ATTIVO

 Avviene contro gradiente di concentrazione e quindi implica

consumo di energia. A volte prevede l’uso di trasportatori proteici

oppure la traslocazione di gruppo

Sede di processi biosintetici

2. Vengono sintetizzati fosfolipidi, avvengono i processi si produzione di ATP,

è sede di ancoraggio delle proteine che possono svolgere funzione di

recettore, è sito di aggancio per il cromosoma batterico, è sede di

ancoraggio dei flagelli tramite delle strutture ad anello dette ring.

parete cellulare

Piu esternamente troviamo la che come prima finalità ha quelle

di dare una certa consistenza, sotto forma di involucro, al rivestimento più

esterno. È una struttura piuttosto rigida (da cui poi dipende la forma del

batterio) con spessore di circa 10-80 milli-micron ed è permeabile.

peptoglicano

La componente principale è un complesso polimerico detto o

mureina.

La struttura

È quella componente della parete che conferisce rigidità alla stessa; la

n-volte

particolarità è che si ottiene dalla ripetizione di di una unità

strutturale di base (che non si trova in altre strutture biologiche).

L’unità strutturale è formata da 2 carboidrati azotati:

N-acetilglucosamina (NAG) (troviamo anche in altri materiali biologici)

Acido N-acetilmuramico (specifico della parete cellulare batterica)

Tra i due elementi di base e le diverse strutture di base ripetute, c’è un

legame β,1-4 glicosidico (che può essere sciolto solo lisozima).

L’acido N-acetilmuramico in corrispondenza del gruppo carbossilico ha

legata una catenella tetrapeptidica.

Gli aminoacidi in posizione 1,2,4 sono costanti, in particolare in posizione

1 c’è la forma L dell’Alanina, in posizione 2 c’è la forma D dell’Acido

Glutammico, in posizione 4 c’è la D di Alanina.

La parte variabile della catenella tetrapeptidica è in corrispondenza del

terzo aminoacido, nella parete dei germi Gram + il terzo aminoacido è la

Lisina in forma L, invece nella parete dei Gram – in posizione 3 c’è

l’aminoacido Mesodiaminopimelico. Pag. 7

Attraverso il legame ß, 1-4 glicosidico

questi amminozuccheri si legano l’uno

all’altro, formando un polimero lineare.

Però il peptidoglicano è un costituente

fondamentale della parete dei batteri

quindi il semplice polimero lineare non

riuscirebbe a costituire un involucro che

invece ha una struttura tridimensionale;

quindi è evidente che ogni polimero

lineare di peptidoglicano per poter

formare una struttura tridimensionale

deve essere legata ad altri polimeri

lineari. Questi legami avvengono

mediante i legami crociati peptidici

che possono essere:

- DIRETTI (caso dei gram +) quando si stabiliscono tra D-alanina terminale

di un tetra peptide e l’acido meso-diaminopimelico in posizione 3 nel

tetra peptide adiacente

- INDIRETTI (caso dei Gram -) quando si stabiliscono tra D-alanina

terminale e l’amino gruppo della L-lisina in posizione 3

Quindi, le funzioni del peptidoglicano, come costituente della parete cellulare:

Conferisce rigidità e forma alla cellula

 Previene la lisi osmotica e il collasso in risposta a variazioni di

o pressione osmotica

Protegge la cellula dagli insulti meccanici

o

Contribuisce alla patogenicità batterica

 Protegge la cellula da sostanze tossiche

o Può interferire con la fagocitosi

o Presenta proteine di superficie che agiscono come adesine, invasine,

o enzimi

Nei GRAM + è responsabile della attivazione del complemento e

 tolleranza dei Sali biliari e NaCl

Nei GRAM – la natura semipermeabile previene l’ingresso di sostanze

 tossiche Pag. 8

GRAM +

La parete

È una parete molto spessa (200

– 800 Angstrom), ha elevata

polarità attribuita dagli

aminozuccheri e aminoacidi che

formano il peptidoglicano (che è abbondante, in foto rappresentato in rosa) e ai

radicali fosforici degli acidi teicoici.

L’elevata polarità fa sì che i gram + sopravvivano in presenza molecole

idrofobiche (come i Sali biliari) che danneggiano la struttura della membrana

citoplasmatica. Al contrario, è facilmente permeabile da sostanze idrofile come

aminoacidi, zuccheri.

La parete dei gram + è formata da numerosi strati di peptidoglicano a formare

acidi

una parete spessa completata da altri elementi strutturali, come gli

teicoici.

Gli acidi teicoici

Costituiscono il 10& del peso cellulare. Dal punto di vista chimico sono dei

polimeri idrosolubili di alcoli polivalenti (glicerolo e ribitolo) esterificati con

acido fosforico, a cui può legarsi una componente glucidica sotto forma di

monosaccaridi e/o aminoacidi. Questa composizione chimica contribuisce a

determinare la polarità e quindi la carca elettrica negativa della superficie

cellulare. Gli acidi teicoici sono legati da legami covalenti al peptidoglicano

(che tendono a tenere in superficie cationi positivi come Ca2+, Mg2+).

Da un punto di vista funzionale, gli acidi teicoici fungono da adesine cioè

contribuiscono alla capacità della cellula di aderire su superfici viventi o no;

inoltre fungono da batteriofagi che riconoscono e si legano al batterio

attraverso un recettore. Stimolano inoltre il sistema immunitario perché

fortemente antigenici.

Accanto all’acido teicoico, nella struttura gram + vi è una molecola affine, gli

acidi lipoteicoici.

La differenza tra acido teicoico e lipoteicoico sta nel fatto che il secondo

contiene un acido grasso.

L’acido lipoteicoico interagisce con i fosfolipidi e contribuisce ad ancorare la

parete dei Gram + alla membrana plasmatica della cellula batterica. Svolgono

quindi la stessa funzione di adesine, sono antigeni e quindi svolgono funzione

Pag. 9

immunologica e quando prodotti in eccesso e rilasciati nell’ambiente hanno

funzione endotossinica

Oltre al peptidoglicano, agli acidi teicoici e gli acidi lipoteicoici, la parete dei

Gram + è costituita da una componente proteica (es. proteina M negli

streptococchi e proteina A negli stafilococchi), e per concludere da una

componente di carboidrati (es. carboidrato C utilizzato per la classificazione

degli streptococchi).

Peculiarità dei gram +

È in grado di legare grandi quantità di cationi soprattutto di cationi di

 valenza, calc