Riproduzione batterica - Sito dei docenti di Unife

Metabolismo,
crescita e
riproduzione
batterica
• ossigeno (presente o assente)
• energia
• nutrienti
• temperatura ottimale
• pH ottimale
ossigeno
1. Aerobi obbligati
2. Anaerobi obbligati
3. Aerobi/Anaerobi facoltativi
 Crescono SOLO in presenza di O2
 NO fermentazione
 solo Fosforilazione ossidativa
Esempio: Mycobacterium tuberculosis
 Crescono SOLO in totale assenza
di O2 (uccisi)
 NO fosforilazione ossidativa
 Solo Fermentazione
I batteri capaci di tollerare l’O2 hanno enzimi protettivi
(catalasi e superossido dismutasi) che mancano negli
anaerobi stretti; Esempio: Clostridium tetani)
Sono la maggior parte dei batteri
Crescono SIA in presenza che in
assenza di O2
Fermentazione
Respirazione aerobica
Fermentazione
Processo anaerobico: un intermedio organico originato da un
substrato fermentabile (zuccheri) funge da accettore terminale di
elettroni (Es: acido piruvico nella fermentazione da glucosio ad
acido lattico, acetaldeide nella fermentazione da glucosio a
etanolo). 1 mole glucosio → 2 ATP
Respirazione aerobica
Respirazione anaerobica
Processo in cui composti inorganici diversi da O2 fungono da
accettore terminale degli elettroni (nitrato, solfato)(Glicolisi +
Ciclo di Krebs/fosforilazione ossidativa).
I processi avvengono sulla membrana cellulare, che è la
sede di:
•enzimi e vettori della catena respiratoria
•processi di fosforilazione ossidativa
Energia
E
nutrienti
metabolismo
In base alla fonte di CARBONIO utilizzato per la crescita
gli organismi si distinguono in:
AUTOTROFI: utilizzano carbonio inorganico (CO2) →
fotosintesi clorofilliana
ETEROTROFI: utilizzano carbonio proveniente da
composti organici (zuccheri, lipidi, aminoacidi)
I batteri che interessano la microbiologia clinica sono tutti
ETEROTROFI, e ricavano ENERGIA dal metabolismo di
zuccheri, grassi e proteine.
Elementi
essenziali,
loro fonti e
funzioni nei
procarioti
A seconda dei nutrienti disponibili i batteri li metabolizzano:
come fanno? Regolazione genica tramite OPERONI
Nei procarioti i geni sono organizzati in operoni : questi contengono, oltre
ai geni che devono essere trascritti, sequenze particolari, i “siti di controllo”,
che regolano l'espressione dei geni dell'intero operone.
Gli operoni sono assenti negli eucarioti, che possiedono meccanismi di
REGOLAZIONE GENICA differenti.
Come funziona l’operone
In assenza del substrato, la proteina repressore si lega a un tratto di DNA (gene
operatore) e blocca l’accesso della RNA polimerasi al gene promotore dal quale
inizia la trascrizione dei geni strutturali.
In presenza del substrato (induttore), questo si lega alla proteina repressore e libera
l’operatore, così l’RNA polimerasi si può legare all’operatore e inizia la trascrizione
(Es: operone del lattosio, operone del triptofano).
Temperatura ottimale

Mesofili:
◦ T°C corpo umano

Psicrofili
◦ T°C vicina congelamento

Termofili
◦ T°C vicina ebollizione
I batteri che colonizzano/parassitano l’uomo sono MESOFILI.
•
La maggior parte cresce a pH neutro
•
Alcuni possono
sopravvivere/crescere:
- pH acido (ACIDOFILI)
- pH alcalino (BASOFILI)
Moltiplicazione ASESSUATA,
per scissione (o divisione o
fissione) binaria
La riproduzione inizia con la
replicazione del DNA; le 2 nuove
molecole vengono separate dal
SETTO (2 membrane separate da 2
strati di peptidoglicano, neosintetizzati), che inizia a formarsi
dall’esterno verso il centro, separando
le 2 cellule figlie.
L’ancoraggio del DNA alla membrana
(mesosoma) trascina il cromosoma
duplicato nella nuova cellula.
Il tempo di divisione (tempo di
generazione) varia a seconda dei
batteri, da 20 minuti (Escherichia coli)
a diverse ore (Micobatteri).
Duplicazione DNA (semiconservativa)
oriC = origine di replicazione; terC = fine replicazione
Topoisomerasi rilassa il DNA superavvolto → elicasi apre la
doppia catena → primasi sintetizza i primers sul filamento lento
→ Dna polimerasi DNA dipendente sintetizza DNA in direzione
3’-5’, fino al termine.
Replicazione
del
cromosoma
batterico di E.
coli.
Si vedono
bene le
forcelle di
replicazione.
Terminazione
replicazione
All’avvicinarsi del completamento
del processo, si arresta la sintesi,
e i cromosomi nuovi sono
intrecciati tra loro.
Il processo di separazione viene
portato avanti da enzimi della
famiglia delle TOPOISOMERASI
che tagliano uno dei due doppi
filamenti in modo che l’altro possa
passare attraverso l’interruzione.
In un secondo momento gli stessi
enzimi rinsaldano il taglio.
N.B.
Alcuni farmaci
agiscono su
enzimi batterici
coinvolti nella
replicazione del
cromosoma
batterico
Bersaglio dei fluorochinoloni
(ciprofloxacina, norfoloxacina)
Curva di
crescita
Fase di latenza: le cellule aumentano
di volume ma non di numero: i batteri si
adattano al nuovo ambiente.
Fase esponenziale o logaritmica: i batteri si moltiplicano con un tempo di
duplicazione che dipende dal ceppo e dall’ambiente.
Fase stazionaria: i batteri smettono di crescere per la mancanza di nutrienti e
l’accumulo di sostanze tossiche.
Fase di morte cellulare: la fase di declino o morte cellulare è una funzione
esponenziale e si manifesta come riduzione lineare del numero di cellule vitale nel
tempo. Il tasso di mortalità aumenta fino a raggiungere un livello costante.

Tempo necessario per la
duplicazione della massa
batterica

Per molti batteri comuni il
tempo è 20-60 min in
condizioni ottimali

Per i patogeni può essere di
5-10 ore
Da una cellula madre si originano due
cellule figlie identiche.
L’accumularsi di cellule figlie origina le
COLONIE batteriche.
Calcolo del n° di batteri
Nt = N0 X 2n
(Nt): numero di batteri in una popolazione ad un determinato
tempo
(N0 ): numero iniziale di batteri della popolazione
(n): numero di divisioni effettuate dai batteri nel tempo dato
Es: Escherichia coli, in condizioni ottimali ha un tempo di
generazione di 20 minuti. Se all’inizio ci sono 10 batteri (N0
= 10) e si lasciano crescere per 12 ore (n =12x3=36), allora
secondo la formula il numero dei batteri Nt dopo 12 ore sarà:
Nt = 10 x 236 = 687.194.767.360 cellule di E. coli !!
Metodi di misurazione del n° di
batteri
•Misurazione del grado di TORBIDITA’ (OD spettrofotometro)
•Conta dei batteri al microscopio con camera conta cellule
•Conta elettronica (strumenti automatici contacellule)
•Conta delle cellule VIVE: semina del campione diluito su terreno-agar (n°
delle colonie = n° delle cellule iniziali vive)