trasduzione

Helena Curtis
N. Sue Barnes
Copyright © 2009 Zanichelli editore
CARATTERISTICHE DEI BATTERI
INDICE
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La cellula procariote
Classificazione dei procarioti
Caratteristiche degli Archeobatteri
Eubatteri: morfologia, parete, metabolismo, importanza
Batteri patogeni
Antibiotici
Ricombinazione genica nei batteri: coniugazione, trasformazione,
trasduzione
 Link a: plasmidi, isoprenoidi, NAM e NAG, azione antibiotica,
scissione binaria
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I batteri
Sebastian Kaulitzki / Shutterstock
Le più antiche forme di vita, comparse sulla Terra più di 3 miliardi di anni
fa, sono caratterizzate da un’organizzazione cellulare procariote. Tra
esse ci sono i batteri
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La cellula procariote
 I procarioti hanno piccole dimensioni
(da 1 a 10 µm)
 Non presentano organuli circondati
da membrana
 Possiedono una parete cellulare
che li protegge dalla lisi osmotica
 Dispongono di materiale genetico
posto nel nucleoide e costituito da
un cromosoma che contiene DNA
 Oltre al DNA cromosomico, la
maggior parte dei procarioti
contiene altre molecole di DNA
chiamate plasmidi
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Classificazione dei batteri
I batteri sono classificati in due domini derivati da una cellula antenata
comune: quello degli Archea e quello degli Eubacteria
(*) Cianobatteri,
batteri verdi e
alcuni batteri
purpurei sono
fotosintetici
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Caratteristiche degli archeobatteri
Gli archeobatteri sono i procarioti più antichi e hanno una struttura
peculiare che li distingue dagli eubatteri:
 possiedono enzimi caratteristici
 hanno una parete cellulare composta da proteine, polisaccaridi o
molecole di glicopeptidi
 l’impalcatura delle loro membrane cellulari è costituita da lipidi
contenenti glicerolo e isoprenoidi
 possiedono un pigmento sensibile alla luce rossa, la alorodopsina
(molto simile alla rodopsina, presente anche nella retina dei vertebrati)
 possono vivere negli ambienti più inospitali, come le saline o le
sorgenti termali
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Raggruppamenti di archeobatteri
In base all’ambiente in cui vivono gli archeobatteri si distinguono in:
 Aerobi
 Anaerobi obbligati o facoltativi
 Alofili, si trovano in ambienti molto salati, come i mari chiusi o le
saline
 Termoacidofili, vivono in zone estremamente calde, anche vicino ai
100o C, e a valori di pH molto bassi
 Acidofili, popolano ambienti in cui il terreno ha un pH molto acido
 Metanogeni, abitano nelle paludi, nel tubo digerente di certi animali o
all’interno di protozoi e sintetizzano metano a partire da anidride
carbonica e idrogeno gassoso
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Habitat degli archeobatteri
Grotte
Lago salato
Geyser
Saline
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Eubatteri: morfologia
Gli eubatteri hanno colonizzato un’enorme quantità di habitat: acque
dolci e salate, regioni fredde e regioni calde, terreni fangosi e
sedimenti marini. Si trovano anche all’interno di altri organismi come
insetti, molluschi e mammiferi
In base alla loro forma si possono
catalogare in:
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Bacilli, a bastoncino
Cocchi, sferici
Spirilli, a elica
Bacillococchi, ovali
Vibrioni, a virgola
Eubatteri: parete
La parete cellulare degli
eubatteri contiene uno speciale
composto chiamato
peptidoglicano, un glicopeptide
formato da acido N-acetil
muramico (NAM) e Nacetilglucosammina (NAG)
uniti tra loro da ponti peptidici
A seconda del tipo di parete i
batteri si distinguono in:
Gram positivi e Gram negativi
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Gram+
La parete dei batteri Gram positivi è costituita prevalentemente da
peptidoglicano, oltre che da acidi e proteine
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GramLa parete dei Gram negativi è formata da due strati: un sottile strato
di petidoglicano e uno strato lipoproteico simile alla membrana
plasmatica
Molecole caratteristiche dei Gram– sono i lipopolisaccaridi, dotati di
potere tossico e pirogeno
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Come si distinguono i Gram+ dai GramNel 1884 il medico danese Hans
Joachim Christian Gram mise a
punto un metodo di colorazione che
permette di distinguere i batteri in base
alla quantità di peptidoglicano
contenuto nella loro parete cellulare
Gram +
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Gram -
Colorazione di Gram
I batteri che restano colorati di viola sono i Gram positivi, mentre quelli
che non trattengono il colorante e diventano rossi sono i Gram
negativi
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Spore
 Quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli, molti batteri
Gram+ sono in grado di ricoprire la propria zona nucleare con una
struttura particolarmente resistente, formando una spora
 Le spore possono resistere per centinaia di anni in uno stato
metabolicamente inattivo. Quando le condizioni ritornano ottimali la
spora si differenzia in cellula batterica e il ciclo vitale ricomincia
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Modalità di nutrimento
I batteri possono essere:
saprofiti
eterotrofi
→
decompositori
patogeni
parassiti o simbionti
utili
fotosintetici
autotrofi
chemiosintetici
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Batteri saprofiti
Si nutrono di materiale organico
morto e, insieme ad altri
organismi (per esempio i funghi)
restituiscono al terreno i sali
minerali, come i nitrati, che poi
vengono nuovamente utilizzati
dalle piante per produrre
sostanze organiche
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Batteri eterotrofi patogeni
La maggior parte delle infezioni umane è provocata da batteri
patogeni. Malattie come la peste, il colera, la polmonite o la
meningite sono causate da batteri che possono trasmettersi
direttamente o indirettamente da un individuo all’altro
A seconda delle infezioni gli agenti patogeni si localizzano in un
diverso organo:
Serratia
marcescens:
responsabile
di infezioni
urinarie
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Pseudomonas
cepacia: provoca
infezioni
polmonari
Antibiotici
Nel 1929 Alexander Fleming, un medico
scozzese ricercatore presso il St. Mary's
Hospital di Londra, scoprì la penicillina: la
prima sostanza conosciuta e studiata capace di
combattere i batteri e di sconfiggere malattie
precedentemente mortali. La penicillina fu il
capostipite di una famiglia di farmaci ad azione
antibiotica
Formula della penicillina
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Batteri simbionti dell’uomo
Nell’intestino umano vivono circa 300-500 differenti specie di batteri (la
“flora batterica intestinale”) sia anaerobi (come bifidobacterium) sia
aerobi (come l’escherichia e l’enterobacter)
La flora batterica intestinale svolge importanti funzioni:
 protegge l’organismo dall’attacco dei microrganismi nocivi
 scinde le sostanze alimentari sfuggite alla digestione e
all’assorbimento nell’intestino tenue, rendendo disponibili per il
nostro organismo vitamine, sali minerali e altri micronutrienti
 produce la vitamina K, importante per la corretta coagulazione
del sangue, il buon funzionamento del fegato e la calcificazione
delle ossa
 produce la vitamina B12, importante per la riproduzione delle
cellule e per la sintesi dell’emoglobina
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Batteri simbionti degli erbivori
Gli erbivori non sono in grado di
digerire la cellulosa contenuta nei
vegetali, ma riescono a farlo grazie
all’intervento dei batteri che
colonizzano il loro sistema digerente
Nell’ambiente caldo e molto umido
del sistema digerente degli erbivori i
batteri si sviluppano velocemente e
attaccano le fibre vegetali
L’azione dei batteri libera il glucosio
dalla cellulosa e lo rende disponibile
per l’assorbimento
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Batteri azotofissatori
Alcuni batteri sono in grado di
trasformare l’azoto atmosferico (N2)
in una forma facilmente assimilabile
per le piante, come l’ammoniaca
Il genere Rhizobium è caratterizzato
da numerosi ceppi che entrano in
simbiosi con specie vegetali a rapido
accrescimento e in particolare con le
leguminose erbacee
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Cianobatteri
I cianobatteri contengono clorofilla
a e attuano la fotosintesi, grazie
alla quale liberano ossigeno
Hanno un sistema di membrane
distribuito nella zona periferica
della cellula in cui sono contenuti i
pigmenti fotosintetici
Vivono nelle acque dolci; talvolta si
trovano sottoforma di cellule
autonome, ma più spesso formano
raggruppamenti, filamenti o catene
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Solfobatteri e batteri chemioautotrofi
 I solfobatteri verdi e purpurei sono fotosintetici, ma possiedono
pigmenti diversi da quelli che si trovano nei cianobatteri.
Scindono la molecola di acido solfidrico (H2S) e di altri composti
invece della molecola d’acqua e non liberano ossigeno
 I batteri chemioautotrofi si procurano l’energia ossidando
molecole inorganiche, quali certi composti dell’azoto, dello zolfo e
del ferro. Questi batteri sono gli unici organismi capaci di
utilizzare i composti inorganici come fonte di energia
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Genetica batterica
 I batteri si riproducono per scissione binaria, un tipo di riproduzione
asessuata che dà origine a cellule figlie geneticamente identiche a
quella di partenza
 Nel passaggio da una generazione all’altra non si ha
rimescolamento genico
Nei batteri il trasferimento di geni può avvenire attraverso tre
processi:
• la coniugazione, ovvero il trasferimento diretto di DNA da un
batterio all’altro mediante plasmidi
• la trasformazione, mediante cui una cellula cattura frammenti
di DNA dall’ambiente circostante
• la trasduzione, cioè il passaggio tra cellule di materiale
genetico batterico mediante virus
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Coniugazione
La coniugazione è il processo in cui il DNA del
plasmide è trasferito da un batterio donatore a un
ricevente attraverso un ponte citoplasmatico, formato
da appendici dette pili. Le cellule F- (riceventi) sono
prive di plasmide, quelle F+ (donatrici) lo contengono
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Trasformazione
La trasformazione si verifica quando un
batterio cattura dall’ambiente extracellulare un
filamento di DNA appartenuto a un altro
batterio morto
Il DNA estraneo si inserisce nel cromosoma
batterico modificandone il patrimonio genetico
Possono compiere la trasformazione solo quei
batteri che posseggono speciali proteine, dette
fattori di competenza, che facilitano la
cattura, l’ingresso e l’inserimento del DNA
estraneo
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Trasduzione
La trasduzione avviene quando un virus, che
ha infettato un batterio e ha acquisito parte del
suo genoma, penetra in un secondo batterio
inserendovi il materiale genetico derivante dal
primo batterio infettato
La trasduzione può essere generalizzata o
specializzata a seconda del DNA batterico
che viene trasportato
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Plasmidi
I plasmidi sono più piccoli del cromosoma batterico e contengono in
genere uno o due geni, anche se quelli più grandi ne possono avere
anche diverse decine
Si distinguono in:
 plasmidi degradativi. Consentono ai batteri di metabolizzare
determinate sostanze, anche tossiche, come alcuni residui del
petrolio o pesticidi;
 plasmidi Col. Codificano per le colicine, proteine in grado di
uccidere altri batteri;
 plasmidi della virulenza. Trasformano le cellule ospiti in
patogene;
 plasmidi F. Consentono ai batteri di scambiare tra loro materiale
genetico;
 plasmidi R. Conferiscono resistenza ad alcuni antibiotici
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Isoprenoidi
Nelle membrane cellulari degli eubatteri e degli
organismi eucarioti sono presenti fosfolipidi
costituiti da glicerolo unito con legami estere a
due acidi grassi e a un acido fosforico
Negli archeobatteri il glicerolo è unito con
legame etere a due isoprenoidi. Gli isoprenoidi
sono lipidi costituiti da unità ripetute di 5 atomi di
carbonio (isoprene), che formano lunghe catene
sature
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NAM e NAG
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Azione antibiotica
 Attualmente con il termine antibiotico si indica un farmaco, di origine
naturale o di sintesi, in grado di rallentare o fermare la proliferazione
dei batteri
 Gli antibiotici si distinguono in:
• batteriostatici (che bloccano la riproduzione del batterio,
impedendone la scissione)
• battericidi (che uccidono il microrganismo)
 La penicillina impedisce l’azione dell’enzima che catalizza la
formazione dei legami trasversali durante la sintesi del
peptidoglicano costituente la parete batterica: senza parete i
batteri vanno incontro alla lisi osmotica e muoiono
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Scissione binaria
 La divisione di un procariote comporta la duplicazione del
cromosoma batterico e la migrazione delle due molecole ai lati
opposti della membrana: quando la cellula si allunga, i cromosomi si
trovano ancorati alla membrana da parti opposte
 Al termine del processo di allungamento la membrana e la parete si
ripiegano al centro formando due cellule figlie perfettamente identiche
alla cellula madre
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Reazioni accoppiate
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