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Indice
Presentazione
XIII
Prefazione
XV
Autori
Ringraziamenti dell’Editore
Guida alla lettura
XVI
XVII
1
1.1
La Terra primitiva
2
1.2
What is life?
3
1.3
Constraints molecolari
9
Approfondimento 1.1
La meteorite di Murchison
1.4
Origine del codice genetico
Approfondimento 1.2
DNA e macchine computazionali (computer)
1.5
1.6
1.7
9
13
16
Ipotesi della presenza di minigeni
nelle protocellule
18
Metabolismo ed espansione
genomica
21
Numero dei geni e architettura
genomica dei procarioti
23
33
2.1
Forme e dimensioni dei procarioti
36
2.2
Organizzazione di una cellula
procariotica
40
XVIII
Genetica e biologia molecolare
dei microrganismi
Capitolo 1
Origine della vita e dei procarioti
Capitolo 2
Struttura della cellula batterica
Approfondimento 2.1
Differenze dell’architettura dei genomi e forme
dei procarioti e degli eucarioti
Capsula
Parete cellulare
Parete cellulare dei Gram-positivi
Parete cellulare dei Gram-negativi
Parete cellulare degli archea
42
43
44
46
49
51
2.3
Membrana dei procarioti
52
Approfondimento 2.2
Controllo della sintesi delle porine da parte
di sRNA nei batteri Gram-negativi
Asimmetria delle membrane
Stato fisico della membrana
54
57
60
Approfondimento 2.3
Microdomini di membrana e controllo
della trascrizione dei geni da stress nei procarioti
Ruolo dei lipidi per le funzioni
cellulari
64
2.4
Membrana degli archea
64
2.5
Elementi del citoplasma
Elementi del citoscheletro
Citoscheletro e forma delle cellule
Altri elementi del citoplasma
66
66
67
69
2.6
Pili, fimbrie e flagelli
72
Spore
76
62
Approfondimento 1.3
Quanto DNA esiste sulla Terra?
24
2.7
1.8
Operoni
25
Concetti chiave
78
1.9
Origine di LUCA e radiazione di
procarioti ed eucarioti
Letture consigliate
79
26
Approfondimento 1.4
Deep time
29
Concetti chiave
30
Letture consigliate
31
Capitolo 3
Struttura e funzione del DNA 81
3.1
Il DNA
82
00PrPag_MARESCA_2011 18/12/12 14:14 Pagina VIII
VIII
3.2
3.3
Indice
Coniugazione Hfr 3 F2
144
4.5
La coniugazione con i ceppi Hfr
ha permesso la costruzione
delle prime mappe fisiche
del genoma di E. coli
147
4.6
Coniugazione F9
150
4.7
Trasformazione
151
88
4.8
Trasduzione e batteriofagi
155
90
Approfondimento 4.1
Restrizione e modificazione dell’ospite:
enzimi di restrizione
Trasduzione generalizzata
e specializzata
83
Scoperta della struttura del DNA
85
Approfondimento 3.1
Rosalind Franklin e la struttura del DNA
3.4
Caratteristiche uniche
della molecola di DNA
3.5
Cromosomi dei batteri
DNA topoisomerasi e topologia
del DNA
Endosimbiosi e riduzione genomica
Horizontal Gene Transfer
3.6
4.4
Esperimenti di trasformazione
su un batterio determinarono che
il DNA era il materiale genetico
87
93
96
98
Un gene S una proteina
Relazione tra un gene e una
sequenza aminoacidica: dogma
centrale della biologia
101
mRNA, tRNA e rRNA sono
codificati da geni
mRNA
rRNA
tRNA
102
102
103
105
3.8
Codice genetico
108
3.9
Sintesi proteica
Processamento delle proteine:
gli chaperoni molecolari
109
3.7
Approfondimento 3.2
Struttura delle proteine e chaperoni molecolari
101
114
114
3.10 Mutazioni
Le mutazioni sono variazioni
nella sequenza di DNA dei geni
Mutazioni spontanee
Mutazioni indotte
116
116
121
3.11 Selezione dei mutanti e replica
plating
123
3.12 Test di fluttuazione
126
3.13 Sistemi di riparazione del DNA
128
Approfondimento 3.3
Variazione genetica e stress ambientale
131
Concetti chiave
135
Letture consigliate
136
115
Capitolo 4
Genetica dei batteri e dei loro virus 137
4.9
4.10 Batteriofagi
Trasferimento genico nei batteri
138
4.2
Trasferimento di materiale
genetico durante la coniugazione
139
Coniugazione batterica F1 3 F2
141
4.3
159
162
164
4.11 Fagi temperati e lisogenia:
il fago l
Ciclo litico del fago l
Antiterminazione come controllo
dell’espressione dei geni precoci
del fago l
Antiterminazione come controllo
dell’espressione dei geni tardivi
del fago l
Ciclo lisogenico del fago l
Cosa determina la scelta tra la fase
litica e lisogenica del fago l?
177
Approfondimento 4.2
Terapia fagica
178
Concetti chiave
182
Letture consigliate
183
170
171
172
176
177
Capitolo 5
Regolazione dell’espressione genica
dei procarioti 185
5.1
Uso selettivo dell’informazione
genomica: controllo
dell’espressione genica
186
5.2
Geni e trascrizione
188
5.3
Elementi responsabili
della trascrizione nei procarioti
Promotore
188
189
Geni che non codificano
per proteine
191
5.5
Trascrizione
192
5.6
Struttura dell’RNA polimerasi
Fattori s
194
194
5.4
4.1
Mappare il genoma di un
cromosoma batterico tramite
co-trasduzione
156
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IX
Indice
5.7
Inizio della trascrizione
196
5.8
Allungamento dell’RNA
197
5.9
Terminazione della trascrizione
200
5.10 Regolazione della trascrizione
nei procarioti
Operoni
201
205
Approfondimento 5.1
Definizione di gene: a slippery concept
206
5.11 Operone lac
210
5.12 Operone ara
5.13 Operone trp
Controllo dell’operone trp tramite
attenuazione
258
7.5
Funzione di PhoQ/PhoP
262
7.6
Variazione antigenica
263
7.7
Shigella
264
7.8
Isole di patogenicità
266
7.9
Pseudomonas
270
271
216
7.11 Fattori di virulenza secreti
da Pseudomonas aeruginosa
271
218
7.12 Quorum-sensing
274
7.13 Staphylococcus
274
7.14 Fattori di virulenza
275
224
225
7.15 Regolazione dell’espressione
dei geni coinvolti nella virulenza
279
226
7.16 S. aureus meticillino-resistenti
(MRSA)
280
Approfondimento 7.2
Terapia antibiotica: dalla penicillina alla meticillina,
un esempio di serendipity
280
Concetti chiave
281
Letture consigliate
283
Concetti chiave
228
Letture consigliate
229
Microrganismi
patogeni
Capitolo 6
Patogenicità e virulenza
Isole di patogenicità e sistemi
di secrezione di tipo III
7.10 Pseudomonas aeruginosa
221
5.14 Controllo traduzionale
nei procarioti
Riboswitches
Regolazione traduzionale
e post-traduzionale
7.4
Capitolo 8
Farmaci antibatterici e loro bersagli
molecolari 285
231
6.1
Batteri e virulenza
232
6.2
Meccanismi di patogenicità
235
6.3
Tossine
239
6.4
Esotossine
240
6.5
Endotossine
245
6.6
Altri meccanismi di patogenicità
245
6.7
Origine dei patogeni umani
246
8.1
Farmaci antibatterici:
considerazioni generali (aspetti
storici e situazione attuale)
Tipi di attività antibatterica
Farmaci antibatterici: meccanismo
d’azione
Farmaci antibatterici: meccanismo
di resistenza
Approfondimento 6.1
Comparsa di nuove malattie infettive
246
Concetti chiave
250
Approfondimento 8.1
Allevamenti intensivi e resistenza agli antibiotici:
rischi sanitari
Letture consigliate
251
8.2
Capitolo 7
Batteri patogeni
253
7.1
Batteri patogeni
254
7.2
Salmonella
254
7.3
Tassonomia
256
Approfondimento 7.1
Classificazione secondo Kauffmann-White
257
Antibatterici che inibiscono
la sintesi della parete batterica
Inibizione della prima fase
della sintesi della parete batterica:
fosfomicina e cicloserina
Inibizione della fase di membrana
della sintesi della parete batterica:
bacitracina
Inibizione della transpeptidazione:
glicopeptidi
Inibizione della transpeptidazione:
antibiotici b-lattamici
286
288
289
290
291
292
296
298
298
301
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X
8.3
8.4
8.5
8.6
Indice
Antibatterici che inibiscono le funzioni
della membrana batterica
314
Antibatterici che inibiscono
la sintesi proteica
Antibatterici che intergiscono
con la subunità 30S dei ribosomi
Antibatterici che intergiscono
con la subunità 50S dei ribosomi
323
Antibatterici che inibiscono
la sintesi e la funzione
del DNA/RNA
331
Farmaci antimicobatterici
Farmaci antitubercolari
Farmaci antileprotici
Farmaci per il trattamento
delle infezioni da MAC
315
316
339
339
341
342
Concetti chiave
342
Letture consigliate
343
Capitolo 9
Genomi e regolazione dell’espressione
genica degli eucarioti 345
9.1
9.2
Organizzazione dei genomi
negli eucarioti
346
Origine degli eucarioti
unicellulari
346
Approfondimento 9.1
Genoma di un eucariote e genoma di mitocondri
e cloroplasti: a master and slave model of
communication
Approfondimento 9.2
Immortalità degli eucarioti semplici e morte
dei metazoi: l’enigma della telomerasi
9.3
9.4
352
Big bang dei metazoi
353
I geni degli eucarioti sono
trascritti da tre distinte RNA
polimerasi
353
Promotori negli eucarioti
Struttura modulare dei promotori
negli eucarioti
Approfondimento 9.3
ENCODE – Encyclopedia of DNA elements:
knowing the “code” is only the beginning
9.5
349
356
359
361
Altri meccanismi di regolazione
della trascrizione negli eucarioti
364
9.6
Processamento dell’mRNA
366
9.7
Splicing dell’mRNA
368
Approfondimento 9.4
Malattie umane dovute a errori nella maturazione
dell’mRNA
368
9.8
Spliceosoma
9.9
Splicing alternativo
371
371
9.10 Trans-splicing
374
9.11 Exon-shuffling e genesi di nuove
proteine
375
Concetti chiave
376
Letture consigliate
377
Capitolo 10
Funghi patogeni per l’uomo
379
10.1 Classificazione dei funghi
380
10.2 Riproduzione sessuale: mating
types
385
Approfondimento 10.1
Geni coinvolti nella riproduzione sessuale
386
10.3 Dimorfismo
387
10.4 Micosi sistemiche
Micosi sistemica da Histoplasma
capsulatum
Micosi sistemica da Cryptococcus
neoformans
389
390
397
10.5 Micosi opportunistiche: Candida
albicans
405
10.6 Candidosi
408
10.7 Fattori di virulenza di Candida
albicans
410
10.8 Pneumocystis carinii
413
Concetti chiave
416
Letture consigliate
416
Capitolo 11
Farmaci antifungini e loro bersagli
molecolari 419
11.1 Antifungini e loro bersagli
molecolari
420
11.2 Parete fungina: inibizione
della sintesi (echinocandine)
Farmaci specifici
421
422
11.3 Membrana fungina: inibizione
delle funzioni (antibiotici
polienici)
Farmaci specifici
423
423
Approfondimento 11.1
Perturbamento della membrana con antifungini e
alterazione del pattern di trascrizione genica
425
11.4 Ergosterolo: inibizione
della sintesi
426
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XI
Indice
Inibitori della lanosterolo
14a-demetilasi: antifungini azolici
(azoli)
Approfondimento 11.2
Altri usi del ketoconazolo
Inibitori della squalene epossidasi:
allilamine
Altri inibitori della biosintesi
dell’ergosterolo: morfoline
antigenica
427
429
431
432
11.5 Bersagli molecolari intracellulari:
sordarine, inibitori della sintesi
proteica
Inibizione della funzione
dei microtubuli: griseofulvina
Inibizione della sintesi
e della funzione di DNA/RNA:
flucitosina
434
11.6 Trattamento delle infezioni
micotiche: farmaci di scelta
435
469
Approfondimento 12.3
Charles Darwin aveva contratto la malattia
di Chagas durante il suo viaggio intorno al mondo
con la nave Beagle?
471
Concetti chiave
472
Letture consigliate
475
Capitolo 13
Farmaci antiparassitari
477
433
433
11.7 Prospettive future nel trattamento
delle infezioni micotiche:
anticorpi e vaccini
Anticorpi: immunoterapia passiva
Vaccini: immunoterapia attiva
436
437
437
Concetti chiave
438
Letture consigliate
439
13.1 Farmaci antiparassitari:
considerazioni generali
478
Approfondimento 13.1
Public-private parternships
478
13.2 Farmaci per il trattamento
della malaria
Chinina, arilamino-alcoli
e 4-aminochinoline
8-Aminochinoline
Artemisinine
Inibitori del metabolismo dell’acido
folico: pirimetamina, sulfadossina,
cicloguanil e proguanil
Antibiotici
479
480
484
485
487
487
13.3 Farmaci per il trattamento
della tripanosomiasi
Farmaci per il trattamento
della malattia di Chagas
(tripanosomiasi americana)
Farmaci per il trattamento
della malattia del sonno
(tripanosomiasi africana)
489
13.4 Farmaci per il trattamento
della leishmaniosi
491
13.5 Farmaci per il trattamento
dell’amebiasi, della giardiasi
e della tricomoniasi
494
Approfondimento 13.2
Genomica e drug discovery
495
456
Concetti chiave
497
12.6 Leishmania
458
Letture consigliate
497
12.7 Leishmaniosi
462
12.8 Tripanosomi e tripanosomiasi
462
12.9 Cicli vitali dei tripanosomi
464
12.10 Variazione antigenica
nei tripanosomi
467
Capitolo 12
Parassiti 441
12.1 Infezioni parassitarie
442
12.2 Classificazione dei parassiti
444
12.3 Malattie parassitarie
445
Approfondimento 12.1
Apicoplasti dei parassiti
446
12.4 Plasmodium
447
12.5 Anemia falciforme e malaria
455
Approfondimento 12.2
The malaria hypothesis: l’agricoltura, la linguistica
e l’evoluzione biologica e socioculturale
12.11 Organizzazione genomica
dei geni VSG e delle procicline
e meccanismo di variazione
488
488
Immunologia
Capitolo 14
Sistema immunitario e infezioni
14.1 Sistema immunitario
499
500
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XII
Indice
14.2 Cellule e tessuti del sistema
immunitario
Cellule del sistema immunitario
Organi e tessuti del sistema
immunitario
501
501
506
14.3 Riconoscimento dei
microrganismi da parte
del sistema immunitario innato
Recettori Toll-like
Recettori NOD-like
Recettori RIG-I-like
Dectina-1, collectine, pentraxine
e ficoline
508
510
512
513
Alterazione della risposta
immunitaria acquisita
563
15.5 Evoluzione della virulenza
del patogeno
564
15.6 Vaccini
Vaccini e immunizzazione
565
567
Concetti chiave
568
Letture consigliate
569
Bioinformatica
513
14.4 Meccanismi di risposta innata
Barriere fisiche
Fagocitosi e attività citotossica
naturale
Sistema del complemento
Citochine
513
514
518
520
524
Capitolo 16
Introduzione alla bioinformatica
571
16.1 Come nasce la bioinformatica
572
16.2 Bioinformatica e problemi
computazionali
573
16.3 Banche dati (database)
574
16.4 Allineamento di sequenze
574
16.5 Criteri di similarità
576
16.6 Algoritmi per l’allineamento esatto
578
16.7 Algoritmi euristici
per l’allineamento
580
581
582
584
14.5 Riconoscimento del patogeno
da parte del sistema immunitario
specifico
Recettore delle cellule T
Recettore delle cellule B
528
528
531
14.6 Meccanismi di risposta acquisita
Linfociti T helper
Linfociti T citotossici
Anticorpi
534
534
534
536
Approfondimento 14.1
Evoluzione del sistema immunitario
537
Concetti chiave
544
16.8 Allineamento multiplo e ricerca
di motivi funzionali
Allineamento multiplo
Ricerca di motivi funzionali
Letture consigliate
545
16.9 Costruzione di alberi filogenetici
588
16.10 Predizione della struttura
secondaria delle proteine
590
Capitolo 15
Relazioni ospite-parassita
547
16.11 Tecnologia dei DNA microarray
Identificazione di geni
differenzialmente espressi
Identificazione di geni co-espressi
595
596
596
591
15.1 Interazione ospite-parassita
548
15.2 Infezioni batteriche
549
15.3 Infezioni virali
556
16.12 Microarray sviluppati
in microbiologia diagnostica
559
16.13 Analisi dell’evoluzione molecolare
di genomi batterici
598
16.14 Deep Sequencing
599
16.15 Artemis Genome Comparison Tool
599
Concetti chiave
600
Letture consigliate
602
15.4 Strategie di virulenza per evadere
la risposta immunitaria dell’ospite
Alterazione della morte cellulare
delle cellule infettate
Alterazione del riconoscimento del
patogeno e variazioni antigeniche
Meccanismi di evasione dalla
fagocitosi e opsonizzazione
Blocco di NF-kB e della risposta
infiammatoria
559
561
562
563
Crediti
Indice analitico
C1
I1
