Endospore batteriche

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Massimo Marconi
7 anni fa
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1 Endospore batteriche Giovanni DI BONAVENTURA, PhD Laboratorio di Microbiologia Clinica (5 livello, lab n. 27) Centro Scienze dell Invecchiamento (Ce.S.I.) Università G. D Annunzio di Chieti e Pescara gdibonaventura@unich.it

2 Spora batterica Caratteristiche generali Spora: struttura di resistenza, endocellulare (si forma dallo sporangio), metabolicamente inerte (quiescente) Rifrangente (luminosa) al microscopio ottico, perché impenetrabile ai coloranti Prodotta da batteri sporigeni (Gram-positivi) di interesse medico: aerobi (Bacillus anthracis, B. cereus) anaerobi (Clostridium botulinum, C. tetani, C. perfringens)

3 Patogeni sporigeni Clostridium botulinum Clostridium tetani Clostridium perfringens Bacillus cereus Bacillus anthracis

4 Spora batterica Morfologia e disposizione Forma: Sferica (Clostridium spp) Ellittica (Bacillus spp) Dimensioni (diametro vs sporangio): diametro superiore (C. tetani) diametro inferiore (B. anthracis) Posizione: terminale o sub-terminale (Clostridium spp) centrale o para-centrale (Bacillus spp)

5 Spora batterica Ultrastruttura Parte centrale: Citoplasma (core) circondato da membrana plasmatica sulla cui faccia interna è addossato il cromonema Parete cellulare rudimentale (sottile, ac. muramico disidratato) Involucri sporali: Corteccia (cortex): Dipicolinato di calcio, peptidoglicano compatto (interno) e lasso (esterno) Coats (interno, esterno): Proteine (simil-cheratina), lipidi (1-2%) Esosporio: Fosfolipoproteico (acidi teicoici, glucosamina, acido diaminopimelico)

6 esosporio coats cortex Bacillus stearothermophilus. Spora matura.

7 Spore batteriche Sporogenesi Processo dimorfogenetico caratterizzato dalla transizione: forma vegetativa spora Geneticamente controllato (differenziazione): Modificazione fattore della RNA-polimerasi Derepressione genica Avvio nella fase stazionaria di crescita, indotta da condizioni ambientali sfavorevoli al metabolismo batterico: Essiccamento Cambiamento di ph Variazione del tasso O 2, CO 2 Radiazioni ionizzanti (U.V., raggi ) Secrezione di tossine ed antibiotici (polimixina B) Durata: 6-8 ore

8 Spore batteriche Sporogenesi 1. Addensamento del cromonema (disposizione a sbarra ) 2. Divisione nucleare 3. Separazione dei nucleoidi 4. Formazione della prespora 5. Apposizione nuove membrane 6. Liberazione spora per autolisi dello sporangio La sporogenesi è un processo molto complesso che richiede una cellula particolarmente efficiente le spore sono cellule sane minacciate dalla fame (Knaysi)

9 Sporogenesi Step-by-step

10 1 2 3 Sporogenesi in Paenibacillus larvae. La cellula bacillare è dotata di un sottile strato peptidoglicanico (Fig. 1). La spora immatura (prespora) è circondata dalla cellula madre (sporangio) (Fig. 2). L ispessimento degli involucri sporali indica che l endospora è completa, anche se ancora all interno dello sporangio (Fig. 3). L endospora viene finalmente rilasciata dallo sporangio. L involucro sporale più interno è composto da massimo sette distinti strati (lamelle).

11 Spora batterica Fisiologia e caratteristiche Totale assenza di biosintesi macromolecolari Scarso contenuto in H 2 O Scarsa attività enzimatica Scarso od assente (Bacillus spp) consumo di O 2 Elevata resistenza chimico-fisica: calore (100 C per alcune ore): disidratazione; stabilizzazione della struttura secondaria e terziaria delle proteine sporali; presenza di dipicolinato di calcio essiccazione enzimi radiazioni Caratteri antigeni identici a quelli della forma vegetativa, oltre ad alcuni antigeni specifici

12 Spora batterica Germinazione Processo dimorfogenetico: spora forma vegetativa Indotto dal ripristino di condizioni ambientali favorevoli (nutrienti, alanina in particolare) Si articola in tre fasi successive (90 min): 1. Attivazione (stimolo chimico, dinamico, termico) Danneggiamento (e quindi permeabilizzazione) degli involucri sporali, con eliminazione di dipicolinato e ioni Ca Iniziazione Ingresso di metaboliti attivanti gli enzimi litici della parte centrale della spora; distruzione della cortex 3. Crescita Assunzione di acqua ed ioni Ripresa delle principali funzioni metaboliche Fuoriuscita della nuova cellula vegetativa (esocrescita) Al termine della germinazione, la forma vegetativa può andare incontro a sporogenesi (microciclo) o avviarsi verso la riproduzione

13 Spora batterica Implicazioni pratiche Spore di clostridi rimangono vitali fino a 500 anni: Spore di actinomiceti scoperte nel fango a distanza di 7500 anni Particolare importanza delle spore in ambito: Medico Resistenza a disinfettanti e calore; contaminazione di ferite e materiali chirurgici Industriale Preparazione di conserve alimentari Sociale Impiego di spore di B. anthracis per scopi bioterroristici Laboratoristico Spore di B. stearothermophilus usate per la validazione (controllo qualità) dell autoclave

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