Strutture esterne della cellula batterica

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Isidoro Carraro
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1 La struttura dei batteri X X X (enzimi) = non sono presenti in tutti i batteri 1 Strutture esterne della cellula batterica Capsula e strato mucoso: è un involucro mucoso esterno alla parete che viene detto CAPSULA se è tenace e adeso alla cellula, mentre è detto STRATO MUCOSO se è meno adeso (distinzione non netta). È spesso costituita da polisaccaridi ad alto peso molecolare (anche detti ESOPOLISACCARIDI, EPS); talvolta è un polimero di aminoacidi (per es. il glutammato in Bacillus antharcis) Conferisce adesività, protegge dalla essicazione, ostacola la fagocitosi Visualizzazione della capsula con inchiostro di china Permette a patogeni come Haemophilus influenziae o Neisseria meningitidis di raggiungere gli organi bersaglio Esempio classico è quello di Streptococcus mutans, che scinde il saccarosio in fruttosio e glucosio, usando quest ultimo per la sintesi di un polimero viscoso detto destrano che contribuisce alla formazione della placca dentaria La capsula o lo strato mucoso contribuiscono alla formazione dei BIOFILM (un biofilm è una comunità strutturata di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica solitamente autoprodotta e adesa a una superficie inerte o vivente) 2

2 Alcuni esempi di ESOPOLISACCARIDI Importanza tecnologica degli ESOPOLISACCARIDI Sin dagli anni 50, produzione di destrano da Leuconostoc mesenteroides, utilizzato nell industria alimentare come addensante, stabilizzante ed emulsificante, per modificare le proprietà reologiche dei prodotti, e nell industria farmaceutica come sostituto del plasma sanguigno Gli EPS prodotti dai batteri lattici possono contribuire considerevolmente alla consistenza (texture) di yogurt, formaggi e prodotti da forno (cremosità, trattenimento di acqua, etc) Effetti positivi degli ESOPOLISACCARIDI Recentemente gli EPS sono studiati per il loro ruolo positivo nei riguardi della salute umana (principalmente dovuto al loro effetto PREBIOTICO e immunomodulatorio) 3 Altre strutture esterne della cellula batterica Flagelli e cilia: sono strutture filamentose presenti sulla superficie esterna di alcuni batteri (ancorati alla parete), costituite da filamenti di una proteina denominata FLAGELLINA e permettono il movimento del batterio I flagelli sono lunghe strutture che permettono un movimento a elica o a cavatappi o a frusta Flagelli in posizione polare Flagelli peritrichi batterio LOFOTRICO (cioè avente un ciuffo di ciglia o flagelli in posizione polare) Le ciglia sono strutture più corte e numerose dei flagelli, che permettono un movimento a remi Il movimento (tassi) batterico avviene grazie al consumo di molecole di ATP e permette alla cellula di spostarsi verso condizioni ambientali più favorevoli (meno pericolose o più ricche di nutrienti) 4

3 PILI: sono strutture proteiche filamentose che si ritrovano sulla superficie di alcune cellule batteriche Il termine PILO viene spesso usato come sinonimo di FIMBRIA, anche se alcuni ricercatori riconoscono una differenza ed utilizzano la parola "pilo" solo per indicare un particolare tipo di fimbria impiegata nella CONIUGAZIONE BATTERICA, più precisamente detta "pilo sessuale" o "pilo coniugativo" I pili (o fimbrie) sono strutture costituite da filamenti di una proteina denominata PILINA; possono essere cavi (permettono il passaggio di DNA nei pili coniugativi; vedremo più avanti i pili coniugativi F) o non cavi (permettono l ancoraggio a substrati nutritivi) SONO PREVALENTEMENTE ORGANI DI ANCORAGGIO pili sulla superficie di cocchi pilo coniugativo 5 Flagelli e pili osservati al microscopio elettronico si noti la lunghezza del flagello! FLAGELLI POLARI PILI SULLA SUPERFICIE DI UN BATTERIO La struttura tridimensionale del flagello 6

4 7 L endospora batterica 8

La spora batterica L endospora batterica è una struttura cellulare dormiente, di resistenza e NON RIPRODUTTIVA, prodotta solo da alcuni membri della divisione Firmicutes (in particolare i generi

5 La spora batterica L endospora batterica è una struttura cellulare dormiente, di resistenza e NON RIPRODUTTIVA, prodotta solo da alcuni membri della divisione Firmicutes (in particolare i generi Bacillus e Clostridium) (vanno ricordati!!!) La funzione primaria delle endospore è quella di assicurare la sopravvivenza del batterio durante periodi di stress ambientali estremi Esse sono resistenti ai raggi UV e gamma, alla carenza di acqua, al lisozima, a temperature estreme, alla carenza estrema di nutrienti e a molti disinfettanti chimici Le spore batteriche sono agenti finalizzati alla sopravvivenza della cellula, NON agenti di dispersione o il risultato di riproduzione come le spore fungine SPORULAZIONE Forma Vegetativa Forma Sporale GERMINAZIONE 9 specifici segnali ambientali di tipo chimico e fisico Il processo di formazione dell endospora 1 - citoplasma e materiale genetico si concentrano in una precisa parte della cellula (polare, sub-polare, mediana) 2 - la cellula si disidrata 3 - l attività metabolica rallenta e il consumo di energia diminuisce 4 - si formano gli involucri o pareti sporali 10

6 Involucri o pareti sporali SPORANGIO INVOLUCRI O PARETI SPORALI Contengono peptidoglicano, proteine, e complessi di acido dipicolinico associato a ioni Ca 2+ (DONANO TERMORESISTENZA) ENDOSPORA Le spore al microscopio ottico in contrasto di fase appaiono come strutture rifrangenti (molto luminose) libere o ancora all interno dello sporangio (cioè del residuo di forma vegetativa che porta la spora) Osservazione al microscopio ottico di un batterio sporigeno 11 Endospore terminali Endospore subterminali Endospore centrali 12

Le spore batteriche sono così resistenti agli stress ambientali che si ritiene possano essere le uniche strutture biologiche adatte alla diffusione della vita nello spazio, tra i pianeti e tra le

) in grado di formare ENDOSPORE sono i microrganismi Gram positivi dei generi Bacillus e Clostridium Bacillus thuringiensis. È un batterio del suolo.

8 Le spore batteriche sono così resistenti agli stress ambientali che si ritiene possano essere le uniche strutture biologiche adatte alla diffusione della vita nello spazio, tra i pianeti e tra le galassie 15 Esempi di batteri sporigeni importanti per l uomo I batteri più noti (da ricordare assolutamente!) in grado di formare ENDOSPORE sono i microrganismi Gram positivi dei generi Bacillus e Clostridium Bacillus thuringiensis. È un batterio del suolo. Quando viene ingerito da un insetto mediante vegetali contaminati, la sua spora germina nell'ospite liberando delle tossine in forma cristallina (innocue per gli esseri umani) (tossine Bt) che danneggiano il tratto digerente delle larve di ditteri come le zanzare o causando nei bruchi di molti lepidotteri una malattia paralitica. Per questo è usato per il biocontrollo in agricoltura. endospora tossina (è in forma cristallina) N.B.: il mais transgenico Bt è stato ingegnerizzato con sequenze geniche provenienti da Bacillus thuringiensis, per fargli esprimere proteine (la tossina Bt) a effetto insetticida in risposta all attacco di insetti fitofagi, tra cui Ostrinia nubilalis o piralide. 1

9 Bacillus anthracis. Agente eziologico del carbonchio (antrace) Bacillus cereus. Causa di tossinfezioni alimentari Bacillus subtilis e B. licheniformis. Largamente usati a livello industriale per la produzione di enzimi (amilasi; proteasi alcaline per l industria delle pelli). Sono anche utilizzati nel biocontrollo in agricoltura per la loro capacità di inibire la crescita di patogeni delle piante, quali le muffe Botrytis cinerea e Colletotrichum spp. B. licheniformis non trattato trattato con spore di B. licheniformis Botrytis cinerea Bacillus clausii. Impiegato come probiotico (Enterogermina) 17

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