In assenza di fonti di azoto ridotto presenti nell ambiente (NH 4 NO 3. ) il 5-10% delle cellule di un filamento si differenzia in ETEROCISTI

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1 In assenza di fonti di azoto ridotto presenti nell ambiente (NH 4 + NO 3 - ) il 5-10% delle cellule di un filamento si differenzia in ETEROCISTI PRINCIPALE FUNZIONE DELLE ETEROCISTI E CREARE UN MICROAMBIENTE ANOSSICO ADATTO AL FUNZIONAMENTO DELLA NITROGENASI: 1) Il fotosistema II, che produce l ossigeno, e i pigmenti accessori vengono eliminati; 2) Le cellule che si differenziano si rivestono di due spessi strati, di glicolipidi e polisaccaridi, che impediscono l ulteriore ingresso di gas Le eterocisti e le cellule vegetative adiacenti sono in contatto mediante dei pori 1

2 INTERAZIONI TRA L ETEROCISTI E LA CELLULA VEGETATIVA ADIACENTE In assenza di fotosintesi l eterocisti diventa dipendente dalla cellula vegetativa per la fonte di carbonio ridotto, così come la cellula dipende dall eterocisti per la fonte di azoto Eubatteri Gram-negativi Enterobatteri (Proteobatteri): batteri anaerobi facoltativi (in presenza di O 2 hanno metabolismo respiratorio, in assenza di O 2 hanno metabolismo fermentativo) Caratteristica tassonomica importante è il tipo e la proporzione dei prodotti della fermentazione anaerobica del glucosio fanno fermentazione acido-mista genere Escherichia coli genere Shigella genere Salmonella genere Proteus 2

3 FERMENTAZIONE ACIDO MISTA vengono prodotti acido acetico, lattico e succinico (oltre a etanolo CO2 e H2) e NON viene prodotto butandiolo FERMENTAZIONE BUTANDIOLICA prodotto principale butandiolo, CO2, etanolo, H2 H-formico liasi Batteri dei generi Enterobacter, Klebsiella e Serratia fanno fermentazione butandiolica Escherichia coli SAPROFITA INTESTINALE Indice di contaminazione fecale delle acque Alcuni ceppi patogeni: ETEC ceppi ENTEROTOSSIGENI di E. coli - sindrome diarroica (diarrea del viaggiatore) - producono una o più tossine proteiche che agiscono sulle cellule intestinali causando perdita di liquidi: TOSSINA LT (termo-labile) TOSSINA ST (termo-stabile) EPEC ceppi ENTEROPATOGENI di E. coli Proteine tossiche introdotte direttamente nel citoplasma della cellula ospite, danno alla mucosa EHEC ceppi ENTEROEMORRAGICI di E. coli O157:H7 provoca dissenteria 3

4 Shigella dysenteriae flexneri sonnei - Parassiti esclusivi del uomo - Agenti eziologici della DISSENTERIA BACILLARE - S. dysenteriae produce una potente tossina (TOSSINA SHIGA) che causa morte cellulare -Trasmissione per ingestione di alimenti contaminati da feci di malati o portatori sani - Frequente in zone a basso tenore socio-economico 4

5 Eubatteri Gram-negativi Vibrio (Proteobatteri): batteri anaerobi facoltativi, mobili grazie ad un flagello polare; presenti in habitat acquatico. Isolati di V. cholerae che contengono due particolari plasmidi sono patogeni perchè producono la tossina colerica la tossina colerica è costituita da una subunità A e 5 subunità B; - le subunità B servono per l adesione alla superficie della cellula eucariotica mentre la A viene tagliata e parte della subunità A (A1) entra nella cellula eucariotica dove modifica per ADP-ribosilazione un enzima cellulare (adenilato ciclasi); - di conseguenza l enzima funziona in modo costitutivo (non regolato) portando alla sintesi di elevate concentrazioni di camp 5

6 Secrezione attiva di ioni Cl Immissione di grandi quantità di acqua nel lumen Eubatteri Gram-negativi Batteri scivolanti MIXOBATTERI (Proteobatteri): organismi del suolo aerobici, chemiorganotrofi, capaci di movimento per scivolamento su superficie solida; capaci di formare strutture pluricellulari (corpi fruttuferi) 6

7 I corpi fruttiferi variano in altezza da 50 a 500mm e spesso sono intensamente colorati di rosso, giallo, marrone grazie alla presenza di carotenoidi Myxococcus fulvus Questi corpi variano in complessità da semplici elementi globulari (Myxococcus) a strutture elaborate e ramificate (Stigmatella) Stygmatella aurantiaca Chondromyces crocatus FORMAZIONE DEL CORPO FRUTTIFERO 7

8 MOTILITA PER STRISCIAMENTO: movimento di una cellula non flagellata su una superficie solida nella direzione del suo asse maggiore -Le cellule vegetative si muovono in gruppo, formando degli sciami, in maniera coordinata -Spostandosi su una superficie secernono una sostanza mucosa che viene poi utilizzata come traccia dalle altre cellule dello sciame -Durante il movimento esse secernono enzimi litici in grado di lisare altri microrganismi. I prodotti della digestione possono essere facilmente assorbiti. Strategia molto vantaggiosa che consente una più efficiente solubilizzazione dei nutrienti Eubatteri Gram-negativi Chlamydia: -parassiti obbligati (incapaci di accrescersi e dividersi a vita libera); - patogeni delle vie respiratorie e uro-genitali; responsabili di infezioni oculari; - hanno un genoma molto piccolo, non codifica per gli enzimi necessari a sintetizzare ATP 8

9 Due tipi cellulari nel ciclo vitale: CORPO ELEMENTARE (a vita libera ma metabolicamente inerte) cellula piccola, resistente all essiccazione, è il mezzo di propagazione dell organismo NON SI DIVIDONO, sono forme infettive il corpo elementare è rivestito da una parete rigida che protegge l organismo all esterno del citoplasma eucariotico. Tale rigidità è dovuta alle proteine della membrana esterna che formano tra loro molti ponti disolfuro CORPO RETICOLATO più grande che si divide per scissione binaria all interno della cellula infettata, è la forma vegetativa dell organismo RICKETTSIE GRAM -, di forma bastoncellare PARASSITI INTRACELLULARI OBBLIGATI sono batteri in grado di fare autonomamente biosintesi dei propri componenti, mentre per l energia si approvvigionano di ATP dalla cellula parassitata 9

10 MICOPLASMI -Più piccoli organismi capaci di replicazione autonoma -NON classificabili secondo Gram - Altamente pleiomorfi -Privi di parete -Membrana citoplasmatica contiene steroli e lipogligani (simili ai LPS dei gram-) - Parassiti degli Eucarioti, alcuni patogeni per l uomo, vegetali o anima Eubatteri Gram-negativi Spirochete: batteri a forma elicoidale, mobili grazie ad uno o più flagelli situati nel periplasma (endoflagello); comuni in habitat acquatico membri del genere Treponema sono patogeni (T. pallidum è l agente della sifilide) 10

11 Eubatteri Gram-negativi Agrobacterium - Appartengono a questo genere microrganismi del suolo GRAM-, mobili, che non formano spore, strettamente correlati a Rhizobium, sebbene non siano azotofissatori. - Sono note varie specie, alcune delle quali patogene per diverse piante dicotiledoni: A. radiobacter è una specie avirulenta A. tumefasciens induce la formazione di tumori (GALLE) A. rhizogenes è responsabile di alterazione a livello delle radici - Sono in grado di invadere il colletto, il fusto, le radici di varie piante, le cellule che portano particolari plasmidi (Ti per A. tumefaciens e Ri per A. rhizogenes) sono in grado di trasferire un pezzo di DNA plasmidico (T-DNA) a cellule vegetali trasformando così le cellule vegetali in cellule tumorali che proliferano autonomamente PLASMIDE Ti (Tumor inducing) Le basi molecolari della trasformazione genetica delle cellule vegetali da parte di Agrobacterium risiedono nel trasferimento di una porzione del plasmide Ti La regione effettivamente trasferita è detta T-DNA (Transfer-DNA) (10-30kb) e costituisce solo circa il 10% del plasmide Ti, il resto del plasmide rimane nel batterio dove svolge varie funzioni Il T-DNA contiene i geni per la formazione del tumore e per la produzione di amminoacidi modificati detti OPINE Il T-DNA è fiancheggiato da due sequenze ripetute dirette di 25bp (T-DNA BORDER sequences) che delimitano la porzione di plasmide che deve essere trasferita Sul plasmide sono presenti inoltre i geni vir (geni della virulenza) che contribuiscono in modo sostanziale al processo di infezione 11

12 -Il processo di infezione comincia in corrispondenza di una lesione della pianta. I batteri presenti nella rizosfera si avvicinano al sito della lesione per chemiotassi, essi rispondono a composti fenolici e monosaccaridi anche a basse concentrazioni. ChvE Il segnale extracellulare è recepito grazie ai prodotti dei geni vir VirA-VirG e ChvE VirA è una protein chinasi di membrana che insieme a ChvE interagisce con il segnale extracellulare e si autofosforila; successivamente fosforila VirG che nella forma non fosforilata è inattiva, dopo la fosforilazione funziona da attivatore trascrizionale di altri geni vir. VirG coordina l espressione di virb, C, D, E, F, H probabilmente mediante interazione con sequenze specifiche (vir-box) nei promotori dei geni vir vird1 e vird2 codificano per una endonucleasi che genera tagli a singolo filamento all interno della sequenza T-DNA border. Il prodotto così ottenuto è una molecola libera a singolo filamento (T-STRAND) alla cui estremità 5 resta legata covalentemente la proteina VirD2. Al T-STRAND libero si lega la proteina VirE2, una proteina che lega il DNA a singolo filamento formando il T-COMPLEX che è la forma in cui viene effettivamente trasportato il T-DNA. Queste due proteine svolgono un ruolo importante nel trasferimento del complesso nel nucleo delle cellule vegetali 12

13 Non è ancora chiaro se l assemblaggio del complesso T avviene già nel batterio oppure se il T-strand e la proteina VirE2 vengono inviati separatamente nelle cellule vegetali dove poi si assemblano. Comunque ciò accade prima dell introduzione nel nucleo. La traslocazione attraverso l involucro batterico avviene grazie ai prodotti dell operone virb (11 proteine che costituiscono un sistema di secrezione) e dei geni tra presenti sul plasmide Ti che resta nel batterio Una volta entrato nella cellula vegetale, il T-complex viene indirizzato nel nucleo dove può avvenire l integrazione nel genoma dell ospite 13

14 Il meccanismo con cui avviene l integrazione nel genoma della pianta è per lo più sconosciuto. Probabilmente è mediato dalle stesse proteine di Agrobacterium e da fattori dell ospite. VirD2 potrebbe partecipare alla ligasi della estremità 5 a cui è associata, la sintesi del secondo filamento avviene ad opera del sistema di riparo dell ospite Una volta integrato il T-DNA dirige la sintesi di: CITOCHINE che alterano la nornale crescita provocando la formazione dei tumori OPINE (octopina e nopalina) AGROCINOPINE (agrocinopina A) Queste molecole possono essere assimilate dal batterio grazie alla presenza di permeasi di membrana codificate dai geni vir. Costituiscono una fonte di carbonio ed energia che solo le cellule di Agrobacterium possono utilizzare. I geni del catabolismo delle opine sono infatti sul plasmide Ti rimasto nella cellula batterica. 14