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1- Caratteristiche della cellula batterica
Sruttura – componenti essenziali ( nucleo citoplasma , membrana
citoplasmatica parete cellulare ) e facoltativi ( pili ,fagelli ,capsula e spora)
Caratteristiche dei Gram+ e Gram-
2-Come crescono i batteri
di quali componenti hanno bisogno per crescere come si contano e come
li possiamo identificare
3-Come possono scambiarsi materiale genetico
(coniugazione, trasformazione , trasduzione)
4-Quali sono i fattori di virulenza
Genetica dei batteri
Genetica dei batteri
Scambio genetico tra batteri:
• Trasformazione.
• Trasduzione.
• Coniugazione.
Caratteristiche comuni dei 3 processi di scambio genetico:
a) Solo una parte del cromosoma viene trasferita.
b) La trasmissione è unidirezionale.
c) La parte trasferita non è dotata di replica autonoma
(tranne nel caso il cui il trasferimento interessa un plasmide
coniugativo).
Genetica dei batteri
Trasformazione:
• E’ il trasferimento di informazioni
genetiche per mezzo di DNA
extracellulare.
• Morte cellulare --> rilascio di DNA -->
DNA che penetra nella cellula
ricevente -Adsorbimento-->
Incorporazione--> Ricombinazione nel
cromosoma della cellula-->
Acquisizione di nuovi caratteri da parte
della cellula ricevente.
Genetica dei batteri
Trasformazione:
• Esperimento di Griffith : 1928
• Streptococcus pneumoniae
• Patogenicità legata alla capsula
polisaccaridica .
- Colonie liscie presenza di capsula S.
- Colonie rugose assenza di capsula R.
Trasformazione:
• I batteri morti di tipo S contengono una sostanza che
Griffith chiamò principio trasformante capace di
trasformare in virulenti e di tipo S i batteri di tipo R.
• 1944: Avery, Mac leod in vitro in provetta
dimostrarono che il principio trasformante non era
altro che il DNA.
1953:James Watson e Francis Crick scoprono la
struttura del DNA
Genetica dei batteri
Trasformazione:
La cellula ricevente è in grado di ricevere il
DNA in uno stato fisiologico detto
competenza.
a) Interazione con un recettore.
b) Adsorbimento, incorporazione.
c) Integrazione del DNA.
La trasformazione è uno strumento rilevante
nelle biotecnologie.
Genetica
dei dibatteri
1) Sviluppo
dello stato
competenza:
La cellula libera nell’ambiente la proteina detta “ fattore di
competenza”.
a) Interazione con appositi recettori di superficie della cellula
che produce il fattore.
b) Sintesi di un autolisina che digerisce parte della parete
cellulare esponendo la membrana in cui si espongono
alcune proteine come:
la proteina DNA- binding ed una nucleasi specifica.
Genetica dei batteri
2) Trasformazione:
a) Frammenti di DNA bicatenario presenti nell’ambiente
si legano alle proteine DNA- binding.
b) Un filamento viene digerito dalla nucleasi specifica.
c) Il filamento residuo, complessato ad alcune proteine
specifiche ed introdotto nella cellula dove per
analogia di basi si integra nel genoma batterico,
spiazzando un parte dei due filamenti della molecola
originaria.
Genetica dei batteri
• TRASDUZIONE
• I batteri possono essere parassitati da virus
(FAGI=acido nucleico in un contenitore proteico)
• i l contenitore proteico media la penetrazione nella
cellula bersaglio del DNA . Quando questo si replica
da luogo a un CICLO LITICO con uccisione della
cellula e produzione di FAGI
• Quando Il DNA si integra nel genoma della cellula
ospite ( profago) e rimane silente il CICLO si
chiamaLISOGENO
Trasduzione
• Il trasferimento genetico di DNA
tra batteri mediato da fagi (virus
batterici).
Virologia generale
• Simmetria binaria:
• è la simmetria dei fagi
• ( virus batterici).
Struttura e composizione del fago
• Composizione
– Acido nucleico
Capside o
Testa
• Grandezza del
genoma
• Basi modificate
– Proteine
• Protezione
• Infezione
Sistema
contrattile
Coda
Fibre della
coda
Piastra
basale
Genetica dei batteri
• Il fago che ha un ciclo litico puo’ dar
luogo a una trasduzione generalizzata
• Il fago che ha un ciclo lisogeno puo’
dare luogo a una trasduzione
specializzata
Genetica dei batteri
• La trasduzione può
avvenire secondo 2
modalità :
• Trasduzione generalizzata,
• Trasduzione specializzata
Traduzione generalizzata
• Durante la replica del fago nel DNA fagico
(durante il ciclo litico) possono essere
impacchettati frammenti di DNA batterico
• Quest i fagi spesso iniettano tale DNA in altre
cellule batteriche
Trasduzione specializzata:
• Il profago si può distaccare dal genoma batterico,iniziare
la sua replica e dare origine al ciclo litico.
• Distacco del DNA virale dal DNA batterico può avvenire
in modo errato con asportazione di porzioni adiacenti di
DNA batterico,lasciando porzioni della stessa lunghezza
di genoma fagico ( FAGI DIFETTIVI che difficilmente danno
luogo a un ciclo litico)
• Si chiama specializzata perche’ trasferisce solo una parte
definita di DNA della cellula batterica
Trasduzione specializzata:
• I fagi della progenie virale hanno una porzione
di DNA batterico che verrà trasportata
passivamente in una nuova cellula
• Comparsa di un nuovo carattere del batterio
donatore.
• Sono trasferiti i frammenti del cromosoma
batterico sempre derivanti da regioni adiacenti
al sito d’inserzione tipico del profago
(Trasduzione specializzata).
Due tipi di infezione:
•Ciclo litico: infezione con fagi litici e conseguente lisi
cellulare,
•Ciclo lisogeno: infezione con fagi temperati ed
intregrazione del genoma virale (profago) nel
genoma batterico senza lisi cellulare
•Il ciclo lisogeno può trasformarsi in ciclo litico con
l’uscita del profago dal genoma
• I fagi
trasducenti sono difettivi, perché il pezzo di
DNA batterico ha preso il posto del pezzo di DNA fagico.
Coniugazione
• La Coniugazione è un
processo che avviene
attraverso una particolare
struttura anatomica
• PILO SESSUALE posseduto
dal batterio donatore, che
unisce le due cellule in
accoppiamento.
• La cellula donatrice ha un
plasmide che porta
l’informazione genetica che
codifica la sintesi del pilo.
Coniugazione
• Possibili
ricombinazioni :
• F+ x F- -----> F+
• Hfr x F- -----> F• F’ x F- -----> F+
Coniugazione
• Possibili ricombinazioni :
• F+ x F- -----> F+.
• Hfr x F- ---->molte copie di
geni del loro cromosoma.
• F’ x F- -----> molti geni che
codificano per il fattore F.
Coniugazione
• Durante l’incrocio F+X
F• il fattore F si replica e
una sua copia viene
trasferita alla cellula
ricevente.
• Il filamento che entra
viene copiato per
produrre una molecola
di DNA bicatenario.
Coniugazione
• Plasmide F+ ( fertilità)
• Plasmide F- ( non
presenta fattore F).
• Il fattore F può esistere
libero nel citoplasma,
replica autonoma o si
integra nel cromosoma
batterico (Hfr) e replicarsi
ogni volta che il batterio
produce una copia del suo
cromosoma ( episoma).
Coniugazione
• Incrocio Hfr X F- :
• Alta frequenza di ricombinazione.
• Perché mostra una alta efficienza a
trasferire materiale . cromosomico
del donatore a una cellula ricevente
F-.
• . Solo una parte del fattore F viene
trasferito, il ricevente F- non diventa
F+ a meno che non viene trasferito
l’intero cromosoma. Tale evento è
molto raro.
coniugazione
• Il plasmide quando
integrato nel cromosoma
batterico si può staccare
• Durante questo processo
il plasmide può portare
via una parte del
cromosoma batterico
formando il plasmide F’
• Quando la cellula F’ si
coniuga con una cellula Fla cellula F- diventa F+
avrà anche il lac presente su F' oltre che quello presente nel suo
genoma. Quindi ha 2 alleli lac. E' un diploide parziale.
Coniugazione
•
•
•
•
•
•
Plasmidi:
Elementi genetici
extracromosomiali.
Replica autonoma.
DNA bicatenario circolare.
Pm da 1 milione -100 milioni.
Sono suddivisi in 2 tipi:
coniugativi e metabolici.
Plasmidi coniugativi
• Partecipano nel processo
di Coniugazione.
• Trasmissione attraverso il
pilo sessuale.
• Un singolo batterio può
contenere numerosi
plasmidi differenti e di
diverse dimensioni.
Principali funzioni dei plasmidi di interesse medico
Sono importanti per
Virulenza: Produzione di enterotossine.
Produzione di adesine.
Resistenza agli antibiotici: Plasmidi R
produzione di siderofori
Degradazione lattosio, ureasi.
Competition between host cells and bacterial pathogens for iron,
illustrating the importance of siderophores. Since free iron is
scarce in tissue fluids and blood, bacterial siderophores compete
effectively for Fe3+ bound to lactoferrin and transferrin.
!- Carattestiche della cellula batterica
Sruttura – componenti essenziali ( nucleo citoplasma , membrana
citoplasmatica parete cellulare ) e facoltativi ( pili fagelli capsula
spora )
Caratteristiche dei Gram+ e Gram-
2-Come crescono i batteri
di quali omponenti hanno bisogno per crescere e
come li possiamo identificare
3-Come possono scambiarsi materiale
genetico (coniugazione, trasformazione , trasduzione)
4-Quali sono i fattori di virulenza
(endotossine, esotossine, pili,
adesine,enzimi, capsula)
Scambi genetici tra batteri:
• CONIUGAZIONE
• TRASFORMAZIONE
• TRASDUZIONE
Permettono ad alcune cellule batteriche in una
data popolazione di acquisire nuovi caratteri
vantaggiosi per la loro sopravvivenza (resistenza,
virulenza, capacità di usare substrati diversi, etc.)
e di trasmetterli alla loro progenie
CONIUGAZIONE = processo
di scambio genetico tra batteri che
avviene attraverso una particolare
struttura anatomica (pilo
sessuale) posseduto dal batterio 1
donatore, che unisce le due
cellule in accoppiamento.
2
La cellula donatrice (detta F+)
ha un plasmide che porta
l’informazione genetica che
codifica la sintesi del pilo.
3
Cellula F+
Pilo sessuale
Cellula F-
4
F+ x F-
F+
Alla fine del processo coniugativo (detto F+ x F-),
anche la cellula accettrice (F-) acquisice il plasmide F
e diventa F+
Quindi: dal processo (F+ x F-) si hanno 2 cellule F+
F+
TRASFORMAZIONE = trasferimento di informazioni genetiche
extracellulare.
Sequenza di eventi:
1.
morte di una cellula batterica
per mezzo di DNA
2.
rilascio del suo DNA
3.
Il DNA si attacca alla cellula ricevente grazie a proteine che lo legano
4.
Il DNA viene incorporato
nella cellula
5. Ricombinazione del DNA
nel cromosoma della
cellula ricevente
6. Acquisizione di nuovi
caratteri da parte della
cellula ricevente.
TRASDUZIONE = trasferimento genetico di DNA tra batteri mediato da fagi (virus
batterici).
I fagi possono essere:
• fagi temperati (ciclo lisogeno)
• fagi litici (ciclo litico)
i fagi trasducenti
sono difettivi, perché
il pezzo di DNA batterico
ha preso il posto di un
pezzo di DNA fagico.