Il principale costituente è il lipolisaccaride (LPS)

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1 IL DEINOCOCCO ha una parete complessa: per la prima volta appare la membrana esterna, che è però ancora priva di LPS (Carboidrati) Strato S O.M. Strato chiaro Strato compartimentalizzato Peptidoglicano (strato bucherellato ) I.M.

2 una membrana esterna completa si trova solo nei batteri didermi «archetipali» è più permissiva della membrana citoplasmatica LPS Lipide A O.M. periplasma peptidoglicano I.M. lipoproteine

3 Il principale costituente è il lipolisaccaride (LPS) Catene laterali specifiche Nucleo polisaccaridico (core) P P Disaccaride difosfato Lipide A Acidi grassi

4 La differenza strutturale tra Monodermi e Didermi è generalmente rivelabile con la colorazione di Gram adatta a colorare molti batteri, specialmente quelli associati all uomo Monodermi Gram-positivi Didermi Gram-negativi Violetto di genziana Soluzione di Lugol decolorante safranina

5 La membrana esterna è legata covalentemente al peptidoglicano dalla lipoproteina di Braun m.e. peptidoglicano vi si trovano anche le PORINE, piccole proteine a tre subunità, che formano canali per il passaggio di soluti idrofili di basso peso molecolare

6 La membrana esterna e quella interna, nei batteri didermi, delimitano LO SPAZIO PERIPLASMICO m.e. periplasma m.i. Dove si trovano enzimi e proteine che non possono diffondere attraverso le porine

7 Lo spazio periplasmico è gia esterno rispetto alla cellula didermica Vi si trovano proteine che svolgono molte funzioni importanti Enzimi idrolitici Proteine che legano i soluti da trasportare nella cellula Proteine coinvolte nella chemiotassi (chemiocettori)

8 L ingresso dei nutrienti attraverso le porine dipende dalla presenza di gradienti favorevoli Se i nutrienti sono poco concentrati intervengono i recettori TonB-dipendenti Il recettore interagisce con il ligando TonB, complessato con ExbB,C interagisce con il complesso e innesca il trasporto attivo R T B C B

9 Nei batteri didermi sistemi il passaggio attraverso la membrana esterna è mediato da sistemi di secrezione specializzati dipendenti o meno da Sec/Tat SEC-dipendenti T2SS, T5SS (T4SS) Traslocano proteine che sono state portate al periplasma da SEC/TAT SEC-indipendenti T1SS T3SS (T4SS) Traslocano proteine direttamente senza l intervento di SEC

10 T1SS SEC-INDIPENDENTE: le proteine sono trasportate in un singolo passo forma un canale semplice e continuo che attraversa la IM e la OM trasporta molecole diverse da ioni a proteine fino a 900 kda periplasma un fattore di virulenza esportato da T1SS è l emolisina di E. coli

11 T2SS: la proteina viene avviata oltre la membrana esterna da un complesso di proteine che formano un poro La maggior parte delle tossine di tipo A/B è esportata attraverso il sistema di secrezione di tipo II periplasma ALTRI SISTEMI DI SECREZIONE SONO TIPICI DEI BATTERI PATOGENI GRAM-NEGATIVI

12 T5SS (AUTOTRASPORTATORI) proteine traslocate da Sec o Tat nel periplasma Inseriscono nella OM l estremità C-terminale che permette l uscita della zona centrale della proteina (dominio passeggero ) Formando una struttura a barile (beta-barrel) periplasma

13 T3SS (SEC-INDIPENDENTE) : tipico di alcuni patogeni didermi trasloca le proteine (effettori) non processate, direttamente nel citoplasma della cellula ospite I determinanti si trovano spesso all interno di PAI, a volte su plasmidi i T3SS sia attivano al contatto con la cellula dell ospite periplasma Gli effettori passano attraverso un ago macromolecolare formato dalle proteine strutturali

14 Cellula ospite i sistemi di tipo IV derivano dai sistemi di coniugazione pilo L ago molecolare ha la struttura dei pili di tipo IV Un esempio di tossina secreta attraverso questo sistema è CagA di Helicobacter pylori

15 STRATI EXTRACELLULARI Al di fuori della cellula batterica si possono trovano molte e diverse strutture Alcuni microrganismi ne possiedono alcune, altri ne possiedono altre

16 Strutture proteiche più complesse sono i flagelli (10-20 nm di diametro; 5-20 μm di lunghezza) Ruotando, funzionano da propulsori e permettono il movimento delle cellule batteriche che li possiedono La disposizione dei flagelli può essere peritrica lofotrica monotrica

17 i flagelli batterici sono strutture semirigide formate da Un gancio (uncino) che unisce il filamento alla superficie cellulare Un filamento di flagellina Un corpo basale che ancora il flagello alla parete e alla membrana citoplasmatica Il motore è formato dall asse, dall anello M che ruota nella membrana e dall anello C, sul versante citoplasmatico della IM Anello C Le proteine Mot (A,B) inserite nella membrana, sono il motore cellulare del

18 Nei didermi il corpo basale è costituito da strutture a disco (anelli L, P, S, M) L P S M

19 L assemblaggio del flagello avviene all esterno della cellula batterica Le subunità di flagellina sono secrete da un sistema di tipo III Risalgono il canale interno e si aggiungono all apice del filamento L P S M T3SS

20 I batteri nuotano ruotando i flagelli semirigidi e raggiungono velocità corrispondenti a molte volte la propria lunghezza per secondo rotazione del flagello in senso orario i flagelli si allargano intorno alla cellula Capovolgimento (tumble) Il movimento comprende due azioni: rotazione del flagello in senso antiorario I flagelli si riuniscono a formare un fuso avanzamento (run)

21 Normalmente le capriole si verificano ogni secondo circa Il nuoto avviene in direzioni casuali nelle tre dimensioni dello spazio

22 Le specie con flagello polare (es. Pseudomonas) 1 Senso orario: trascinamento 2 Antiorario spinta Cambiano direzione cambiando il senso di rotazione del flagello

23 altre specie (es. Rhodobacter) hanno un flagello polare che ruota solo in senso orario, spingendo la cellula il moto riprende e la cellula avanza nella nuova direzione Il flagello si ferma e la cellula si orienta diversamente

24 I microrganismi rispondono ai cambiamenti nell ambiente modulando l espressione di alcuni geni passando a forme di quiescenza (meno vulnerabili) nuotando via verso un posto migliore

25 REGOLAZIONE DEL MOTO: fenomeni come: Chemiotassi Fototassi Magnetotassi Aerotassi O 2 Permettono ai microrganismi di muoversi in risposta alle variazioni del proprio ambiente, sfruttandole a proprio vantaggio

26 se nell ambiente è presente un gradiente di una sostanza attraente, la durata dell avanzamento aumenta e i capovolgimenti diventano meno frequenti la cellula batterica si sposta nella direzione del composto attraente

27 Se la sostanza è repellente, la frequenza delle capriole aumenta la cellula batterica si sposta nella direzione opposta al composto repellente

28 la reazione del nuoto dipende dalla VARIAZIONE della concentrazione di una sostanza più che dalla concentrazione in quanto tale: Δ3 Δ2 Δ1 La cellula saggia nel tempo le condizioni dell ambiente in cui è immersa e confronta il dato ora con il dato pochi secondi fa

29 La concentrazione relativa della sostanza attraente o repellente influisce sui tempi delle fasi di corsa o sul numero delle capriole

30 Una disposizione particolare dei flagelli è quella delle spirochete Endoflagelli (filamenti assiali) sotto la O.M. Corpo basale O.M. nucleoide riboplasma O.M. Endoflagelli Periplasma peptidoglicano I.M. Gli anelli L e P mancano e i flagelli non superano la OM, restando nel periplasma e si avvolgono in fasci intorno alla cellula

31 Lo «sciamamento» è un fenomeno particolare, associato a superfici solide, che si osserva con alcune specie del genere Proteus Le cellule alternano fasi in cui sono molto lunghe e iperflagellate e si spostano A fasi in cui hanno dimensioni normali e crescono, prima di tornare a espandere la colonia

32 Esistono anche altri tipi di movimento Myxobatteri e cianobatteri possono usare una mobilità sociale I Myxobatteri possiedono anche la mobilità avventurosa (Sociale) (Avventuroso) La A-motility è presente anche in altri batteri che però non hanno la S-motility

33 I batteri che hanno motilità scivolante S poro formato da PilQ assemblaggio della fibra Disassemblaggio della fibra possiedono uno speciale pilo (tipo IV) Che viene secreto attraverso un poro formato dalla proteina PilQ; Il pilo si aggancia alla superficie e si contrae trascinando la cellula

34 Alcuni tipi di slime sono coinvolti nella motilità gliding (scivolante) La cellula striscia su un supporto solido, sparando EPS Complesso del poro cianobatteri citoplasma mixobatteri

35 All esterno della cellula si possono trovare strutture proteiche SPINE PILI FIMBRIE formate da subunità disposte a elica intorno a una cavità centrale

36 Sono le più grandi SPINE Aumentano superficie e resistenza dei batteri acquatici Ne facilitano il mantenimento della posizione nel plancton

37 Alcuni (coniugativi) sono coinvolti nel trasferimento di materiale genetico PILI Lunghi e sottili Altri possono essere usati come recettori da particelle virali FIMBRIE corte e numerose coinvolte in fenomeni di adesione

38 Microrganismi acquatici possono essere dotati di peduncoli, prosteche, organi di ancoraggio Prosteche Estrusioni citoplasmatiche rivestite da membrana e parete peduncoli estrusioni prive di citoplasma Organi di ancoraggio

39 Alcune specie hanno strati proteici esterni (strati S) in alcuni casi servono di attacco ai batteriofagi

40 Alcuni microrganismi producono guaine, che circondano e proteggono cellule sciamanti, proteggendole dai protozoi.. aspetto microscopico tipico di Sphaerotilus natans, un batterio comune nelle acque sporche, le guaine formano lunghi filamenti e le cellule batteriche si trovano al loro interno

41 o filamenti, proteggendoli dall essiccamento Cianobatterio Microcoleus

42 CAPSULA uno strato di polisaccaridi esterno alla cellula e ben definito protegge la cellula dall attacco di batteriofagi Dall essiccamento Dalle difese dell ospite (patogeni) si può osservare al microscopio con colorazione negativa O con la reazione di Quellung (rigonfiamento) con anticorpi-anticapsula

43 In genere, le capsule sono di natura polisaccaridica Ma in casi particolari possono essere costituite da aminoacidi B. anthracis: acido D-glutamico

44 un altro tipo di strato polisaccaridico È il glicocalice (slime-eps) una concentrazione di materiale polimerico esterno alla cellula, mal definito, la cui concentrazione diminuisce progressivamente

45 A volte anche restare fermi è vantaggioso La crescita rapida, libera, caratteristica delle colture artificiali è una crescita planctonica Ma nella maggior parte dei casi, in natura, i batteri crescono in forma sessile, adesi a superfici

46 In presenza di superfici umide, a cui aderire molti microrganismi si organizzano in BIOFILM Un insieme di microcolonie incluse in sostanze polisaccaridiche complesse prodotte dai batteri stessi una superficie immersa è un substrato ideale per la colonizzazione microbica perché vi si adsorbono i nutrienti grazie alla tensione superficiale che li spinge all interfaccia

47 I feltri microbici formati dai cianobatteri, fossilizzandosi, hanno dato origine agli stromatoliti, la prima e più diffusa testimonianza della vita dei primordi A partire dal pre-cambriano, ogni era geologica ne è costellata

48 la fase liquida può essere semplicemente un velo di umidità Una superficie può essere, contemporaneamente, supporto e nutriente come accade per le particelle di materiale organico e la materia morta proveniente da animali e piante O le mucose di eucarioti vivi sulle superfici quindi si trova un numero di batteri ( attività metabolica) > rispetto all acqua circostante