Riassunto esame Biologia dei microrganismi, prof. Mora

TRASFORMAZIONE

Il DNA eterologo può essere lineare o circolare (plasmidico) e la cellula ricevente deve essere

COMPETENTE per acquisire DNA esogeno. Questo processo può essere indotto artificialmente ed

è raro nei batteri:

CONIUGAZIONE

Il processo di coniugazione è mediato da plasmidi coniugativi (plasmideF in E. coli).

L’informazione per il trasferimento dei plasmidi coniugativi si trova sui plasmidi stessi.

La coniugazione può avvenire tra ceppi della stessa specie o tra ceppi di specie e generi diversi

(anche se con una frequenza minore).Plasmidi coniugativi possono mediare il trasferimento di

plasmidi non coniugativi o di plasmidi coniugativi che hanno perso “le informazioni necessarie al

loro trasferimento”. In questo caso un plasmide Helper medierà il trasferimento di un plasmide non

coniugativo.

Se il plasmide coniugativo è integrato nel cromosoma (nelle cellule ad alta frequenza di

ricombinazione Hfr) anche geni del cromosoma possono essere trasferiti da una cellula donatrice ad

una ricevente.

L’integrazione del plasmide F non avviene in regioni casuali del genoma batterico.

TRASDUZIONE

Il processo di trasduzione permette il trasferimento di geni da batterio a batterio ad opera di

batteriofagi.

Nella trasduzione generalizzata i diversi geni batterici vengono trasferiti con la stessa efficienza,

che solitamente non è elevata.

A seconda del meccanismo con cui avviene il trasferimento dei geni del batterio si parla di

Trasduzione Generalizzata o Trasduzione Specializzata.

La Trasduzione Specializzata richiede l’integrazione

del genoma virale nel cromosoma batterico e viene

quindi effettuata solo da virus LISOGENI.

La Trasduzione Specializzata determina quindi il

trasferimento, con elevata efficienza, di geni batterici

posti vicino al sito di integrazione del profago

lisogeno.

I LIEVITI

Cap. 6

I lieviti o ascomiceti sono funghi unicellulari eucarioti caratterizzati da una riproduzione per

gemmazione e capaci di dar luogo alla fermentazione alcolica.

Non esiste una definizione univoca e precisa di lievito. In realtà le tipiche caratteristiche utilizzate

per definire un lievito (ad esempio: microrganismi eucarioti unicellulari caratterizzati da

suddivisione per gemmazione e capaci di dar luogo a fermentazione alcolica) non caratterizzano un

ben preciso gruppo di specie.

Sebbene la maggior parte dei lieviti esista come singola cellula in certe condizioni alcuni possono

formare filamenti (Candida).

Alcuni attuano, in condizioni avverse, riproduzione sessuata.

Sono spesso ovoidali e sono più grossi dei batteri (si possono osservare al microscopio ottico anche

a 40%).

I lieviti, da un punto di vista applicativo, spesso associano i vantaggi tipici dei procarioti(rapida

crescita, genoma relativamente piccolo) con alcuni tipici degli eucarioti(espressione dei geni,

modificazioni post translazionali di proteine e loro secrezione).

Parete cellulare

•

La parete cellulare è principalmente costituita da polisaccaridi (mannano e glicaniramificati) e nel

loro protoplasma (sede delle principali vie glicolitiche) esistono importanti strutture che hanno

spesso importanti ruoli metabolici:

nucleo con membrana: contiene la maggior parte del DNA

- mitocondri: ciclo di Krebs e respirazione

- ribosomi: sintesi proteica

- reticolo endoplasmatico: glicosilazionedi proteine

- vacuoli: proteolisi

- perossisomi: di acidi grassi, ciclo del gliossilato

- β-ossidazione

In dettaglio la parete è caratterizzata da uno spessore di 100-200 nm, è il 15-25% della massa secca

e la composizione è distintiva delle specie:

80-90% polisaccaridi: (glucani e mannani anche ramificati) organizzati in un network di

- microfibrille.

2-4% chitina: (polimero di N-acetilglucosammina). La chitina è presente in % maggiori nei

- lieviti filamentosi (Candida albicans) mentre in altre specie è del tutto assente. In

Saccharomyces cerevisiae la chitina svolge diverse funzioni: i) recettore di tossine killer, ii)

mantenimento dell’integrità osmotica e morfologica, iii) è il maggior costituente delle

cicatrici di gemmazione.

Le mannoproteine rappresentano la parte superficiale della parete. Esse presentano dei

- legami crociati mediati da interazioni idrofobiche e/o da ponti disolfuro. Le mannoproteine

sono inoltre legate alle microfibrille di glucano mediante legami covalenti.

La composizione della parete di lievito (S. cerevisiae) influenza le caratteristiche di flocculazione e

flottazione dei diversi ceppi utilizzati nelle fermentazioni alcoliche. Sulla base di questa

caratteristica i lieviti si dividono in bottom yeast e top yeast.

La Flocculazione è legata alle glicoproteine di superficie e alla carica elettrostatica superficiale;

La Flottazione è legata alle caratteristiche di idrofobicità di superficie, in particolare alla capacità di

intrappolare la CO .

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Si può quindi dire che i lieviti sono una categoria non-tassonomicadi funghi definita secondo

criteri morfologici e fisiologici e più di 400 specie sono state fino ad oggi classificate

Tipi di lievito

•

Lieviti di maggior interesse biotecnologico sono ascomiceti o anamorfici (imperfetti, mancano di un

ciclo sessuale).

I lieviti si possono suddividere anche in:

- Lieviti tipici (Saccharomyces cerevisiae)

Lieviti non convenzionali

- Saccharomyces cerevisiae

•

Saccharomyces cerevisiae è utilizzato intensamente tanto per applicazioni della biotecnologia

tradizionale, che per applicazioni della biotecnologia moderna.

È unicellulare, metabolizza diversi carboidrati dando luogo a fermentazione alcolica e si riproduce

per gemmazione e anche con la riproduzione sessuata.

Con la gemmazione si avrà una diversa età tra le varie generazioni mentre si hanno condizioni

sfavorevoli; da una cellula singola diploide si avrà la formazione di una struttura contenete 4 gameti

(due di ciascun tipo sessuale) che viene denominata ASCO e le cellule al suo interno ASCOSPORE.

Questo avvenimento avviene tramite meiosi; fin a che le condizioni non ritornino ad essere

favorevoli per il lievito, le asco spore compiono mitosi.

Al momento delle condizioni ottimali le ascospore si fondono compiendo riproduzione sessuata e

ritornando diploide.

La fusione avviene per contatto e grazie a degli AA sulla superficie del lievito.

Lieviti non convenzionali

•

Si trovano soprattutto su substrati naturali ricchi di zuccheri (ad esempio frutta) o associati ad altre

sezioni di specie vegetali.

Poche specie sono patogene opportuniste per l'uomo (ad esempio Candida albicans, Cryptococcus).

Per il loro isolamento si può sfruttare la crescita in un intervallo di pH ampio e a valori anche acidi

(fino a pH3,5).

Tipici terreni sono composti da glucosio (1%), estratto di malto (0,3%), peptone (0,5%), estratto di

lievito (0,3%) a pH leggermente acidi (4,5-5,5).

I lieviti in generale non possiedono amilasi: per S. cerevisiae sono utilizzati melassi, mentre K.

Lactis può vantaggiosamente utilizzare siero da latte.

Metabolismo

•

Il loro metabolismo si basa sulla degradazione del glucosio e in base alla loro attività in presenza di

ossigeno si dividono in:

Aerobi stretti: non utilizzano il glucosio come substrato in assenza di ossigeno

- Rhodotorula

• Rhodosporidium

• Saccaromycopsis

• Cryptococcus

•

Anaerobi facoltativi: utilizzano il glucosio in presenza e in assenza di ossigeno

- Cadida

• Saccharomyces

• Schizzosaccharomyces

•

Alcuni lieviti mostrano un metabolismo di tipo respirativo (Candida) mentre altri prediligono un

metabolismo di tipo fermentativo (Saccharomyces e Schizzosaccharomyces), ma con basse

concentrazioni di substrato, se no respira.

L’effetto Pasteur fa diminuire il consumo di substrato in aerobiosi rispetto a quanto osservabile in

anaerobiosi.

Processi di respirazione sono più favorevoli da un punto di vista metabolico (soprattutto da un

punto di vista energetico) rispetto a processi fermentativi.

L'effetto Pasteur è strettamente relazionato con l'azione della fosfofruttochinasi(PFK).

Questo enzima è disattivato da ATP; alte concentrazioni di ATP si ritrovano spesso in aerobiosi

quando la fosforilazione ossidativa è a pieno ritmo, causando quindi una diminuzione del consumo

di glucosio.

L'effetto Pasteur è di bassissima entità per lieviti fermentativi, ossia che non hanno alti livelli di

respirazione in terreni contenenti glucosio a concentrazioni intorno ai 10 g/L.

Nella produzione di etanolo,S. cerevisiae viene normalmente fatto crescere in aerobiosi con

aggiunte fed-batch di glucosio.

Questo per attutire l'effetto Crabtreee quindi è utilizzato in anaerobiosi per spostare in senso

completamente fermentativo il suo metabolismo.

S. cerevisiae può utilizzare glucosio in condizioni di anaerobiosi, ma non è in grado di crescere

significativamente.

La mancanza di O2 non permette la produzione di ergosterolo e di alcuni acidi grassi essenziali

per la funzionalità delle membrane cellulari.

Ceppi di Saccharomyces cerevisiae sono tra i più adatti a fornire etanolo con alte rese, ma

producono una serie di prodotti collaterali di grande importanza, soprattutto nella produzione di

bevande alcoliche, tra i quali glicerolo, acidi organici, alcoli, esteri, aldeidi e chetoni.

I BATTERI Cap. 7

Attinomiceti

•

Attinomiceti in senso stretto sono considerati quei batteri che:

si sviluppano formando un micelio che puòessere aereo o vegetativo. I

-

proattinomiceti(genere Nocardia) formano un micelio che si frammenta in cellule bacillari

nelle colonie che stanno invecchiando e non vengono prodotte spore in senso proprio.

Gram +

- aerobi, salvo poche eccezioni (tra le quali Actinomyces bovis, l'agente eziologico

-

della attinomicosi bovina, detta anche malattia del fungo raggiato che si presenta con la

formazione di granulomi attinomicoticiche si sviluppano nei tessuti e sulla mandibola)

si localizzano soprattutto nel terreno

- Batteri acetici

•

Sono caratterizzati da metabolismo aerobio con ossidazione incompleta dei substrati organici, sono

Gram – e acidofili (crescono fino a pH 4, l’acido acetico può arrivare fino a 0,4 M).

Si localizzano soprattutto sulla superficie di piante, in particolare fiori e frutti

Utilizzano esclusivamente la via HMP per degradare vari carboidrati e si distinguono in tre generi:

Acetobacter

- Gluconobacter

- Gluconoacetobacter

-

In fine sono capaci di crescere utilizzando etanolo come unica fonte di carbonio e producono acido

acetico.

Batteri acetici sono spesso incapaci di sintetizzare gli enzimi catabolici necessari per la

degradazione dei composti organici di parziale ossidazione