BATTERI. unicellulari procarioti. EVOLUZIONE molto antichi hanno subito pochi cambiamenti nel corso della evoluzione

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1 Penna Definizione organismi unicellulari procarioti privi di nucleo delimitato da membrana EVOLUZIONE organismi molto antichi hanno subito pochi cambiamenti nel corso della evoluzione DIMENSIONI molto piccole (qualche m) STRUTTURA PARETE CELLULARE non presenta cellulosa visibile solamente al microscopio elettronico Esternamente può essere avvolta da una capsula mucillaginosa che dona maggiore resistenza alla specie batterica La capsula ha una importante funzione protettiva per il batterio ed è anche responsabile nella determinazione degli effetti patogeni di certi batteri MEMBRANA PLASMATICA presenta il mesosoma (contiene enzimi respiratori) CITOPLASMA # citoscheletro # mitocondri abbondanti ribosomi DNA diffuso nel citoplasma (nucleoide) plasmidi enzimi endonucleasi di restrizione

2 FORMA tondeggiante cocchi monococchi diplococchi streptococchi a catena stafilococchi a grappolo AMBIENTE a bastoncino a spirale a virgola con flagelli bacilli spirilli vibrioni batteri flagellati monotrichi fitrichi lofotrichi eritrichi terreno acqua aria materiale organico in decomposizione esseri viventi praticamente su tutti gli oggetti che ci circondano pelo = doppio = ciuffo = intorno CLASSIFICAZIONE ANAEROBI vivono in assenza di O 2 AEROBI vivono in presenza di O 2 AUTOTROFI à FOTOSINTETICI (però non liberano O 2 perché non hanno clorofilla) à CHEMIOSINTETICI ETEROTROFI à SAPROFITI à PARASSITI à COMMENSALI à SIMBIONTI à FISSATORI DI AZOTO

3 RIPRODUZIONE RIPRODUZIONE AGAMICA per scissione NB generazione intervallo di tempo tra una divisione e l altra (30 minuti) NB crescita della popolazione in teoria crescita esponenziale y = 2 x dove y = numero di batteri x = numero di generazioni in pratica curva logistica fase logaritmica (crescita rapida) fase intermedia (rallentamento progressivo) fase stazionaria (crescita zero)

4 SPECIE DANNOSE PATOGENI peste lebbra poliomielite tubercolosi difterite colera tifo tetano ACTINO Batteri patogeni che si presentano sotto forma di filamenti ramificati NB A questa classe appartengono diversi generi di cocchi treptococcus, stafphilococcus il genere microbacterium Alcuni batteri sono patogeni perché producono sostanze velenose chiamate TOSSINE specie patogene come tubercolosi e lebbra SPECIE DANNOSE TOSSINE

5 Alcuni batteri sono patogeni perché producono sostanze velenose chiamate TOSSINE Le tossine vanno a colpire parti speciali dell organismo ospite Una specie batterica del genere Clostridium provoca il tetano Questo batterio produce una tossina che stimola alcuni centri nervosi, provocando contrazioni muscolari in varie parti del corpo (soprattutto e tipicamente ai muscoli facciali) Il malato * non riesce più ad aprire la bocca * soffre molto per gli spasmi muscolari * può anche morire per difficoltà nella respirazione. Il batterio agente della difterite produce una tossina che danneggia il cuore i reni il sistema nervoso SPECIE DANNOSE TOSSINE NB Un altro effetto dannoso dei batteri

6 è il deterioramento degli alimenti durante la loro conservazione Questa azione dannosa viene combattuta con i moderni metodi di Una malattia molto grave e quasi sempre mortale è il botulismo inscatolamento refrigerazione congelamento. Il botulismo può derivare dall uso di cibi mal conservati. Anche il botulismo, come il tetano, è provocato da un batterio del genere Clostridium che produce una tossina estremamente potente Per uccidere le spore del Clostridium che possono infettare un alimento è necessaria una sterilizzazione molto accurata prima dell inscatolamento. SPECIE UTILI SAPROFITI + humus per la PRODUZIONE di

7 yogurt formaggi cuoio concia delle pelli alcool acido acetico \ vitamine tessitura di lino e canapa flora batterica nell intestino degli animali batteri azotofissatori SIMBIONTI comprende i generi Escherichia Fondamentale componente della flora intestinale dell uomo e degli animali Rhizobium Presente nei terreni agrari (o in essi inoculato) Può vivere in simbiosi con le radici delle leguminose NB Ciclo dell azoto TECNICA DI COLORAZIONE Una tecnica di colorazione per evidenziare i batteri è qka colorazione di Gram èsi tratta il preparato batterico, fissato precedentemente sul vetrino portaoggetti con una soluzione di cristal violetto

8 che colora tutti i batteri in blu. èdopo aver applicato la soluzione di cristal violetto si applica una soluzione iodo-iodurata (liquido di Lugol) è Si fa seguire il lavaggio in alcool La colorazione secondo la tecnica di Gram permette di distinguere i batteri in gram positivi gram negativi Questa distinzione è importante ai fini diagnostici. I batteri gram positivi dopo il passaggio del preparato in alcool conservano il colore violetto NB NB I batteri gram negativi dopo il passaggio del preparato in alcool vengono decolorati i batteri sporigeni (che formano spore) sono gram positivi i batteri provvisti di flagelli sono gram negativi Molti batteri gram negativi dimostrano maggiore resistenza agli antibiotici rispetto ai gram positivi. ENZIMI DNA-LIGASI Negli anni 70 furono scoperti gli enzimi di restrizione Questi enzimi sono capaci di tagliare le molecole del DNA Ogni enzima di restrizione * agisce in corrispondenza di precise sequenze nucleotidiche che è in grado di riconoscere * spezza in quella sede qualsiasi molecola di DNA

9 non importa se - di un virus - di un batterio - di una cellula eucariota Le estremità di DNA diversi spezzati negli stessi punti possono essere saldate insieme mediante altri enzimi chiamati: DNA-ligasi Due DNA di differente provenienza, ma tagliati nello stesso punto possono essere ricuciti fra loro formando molecole ibride (ricombinate) I Batteri, oltre al cromosoma, contengono piccole molecole di DNA chiuse su se stesse ad anello, dette plasmidi I Plasmidi possono passare facilmente da una cellula a un altra possono moltiplicarsi in grande quantità rappresentano i vettori ideali di ricombinazione sono gli agenti di una vera e propria clonazione molecolare Utilizzando i plasmidi si possono ottenere l inserimento e la produzione di geni voluti e di conseguenza la produzione di sostanze proteiche codificate da questi geni. es. insulina ENZIMI DNA-POLIMERASI termostabile POLIMERASI enzima che duplica i filamenti di DNA a partire da nucleotidi liberi

10 La DNA polimerasi termostabile è stata isolata in batteri termofili Diversamente dagli altri enzimi resiste ad alte temperature CONIUGAZIONE Nei batteri si possono verificare processi di scambio di materiale genetico Questo processo è detto coniugazione La coniugazione batterica avviene per contatto tra cellule batteriche tramite una sorta di ponte filamentoso detto pilo Attraverso il ponte proteico passa materiale genetico

11 Esistono batteri maschio che vengono indicati con X + batteri femmina che vengono indicati con X - I batteri maschio sono in grado di cedere parte del loro patrimonio genetico ai secondi attraverso un ponte provvisorio che si stabilisce tra due batteri. In tal modo si originano nuove popolazioni di batteri La ricombinazione genetica per coniugazione permette la trasmissione dei caratteri fra cui quello importantissimo della resistenza agli antibiotici denominato anche fattore R IL DNA CO GENOFORO e PLASMIDI GENOFORO si presenta: come un filamento lungo poco più di un millimetro come un unica molecola generalmente in forma circolare localizzato nello spazio del nucleoide non separato dal restante citoplasma da alcuna membrana

12 PLASMIDI Nei batteri oltre alla molecola del genoforo vi possono essere altre piccole unità di DNA, pure circolari, chiamate plasmidi I plasmidi è contengono tipi di geni diversi ritenuti non dispensabili per il normale metabolismo del batterio ènon contengono geni essenziali per la cellula ma conferiscono proprietà, talvolta molto vantaggiose, al batterio che le possiede. è si duplicano con il genoforo, alla duplicazione del batterio. è si duplicano ed esprimono in modo autonomo anche durante la vita del batterio è hanno l importante caratteristica di poter essere facilmente trasferiti dai batteri che li contengono ad altri che ne sono privi. ENZIMI ENDONUCLEASI DI RESTRIZIONE FUNZIONE Gli enzimi di restrizione furono scoperti agli inizi degli anni 70 in Escherichia coli Gli enzimi di restrizione tagliano in frammenti il DNA estraneo (il DNA di altri ceppi batterici e dei virus) CARATTERISTICA Ad esempio Se il DNA del ceppo B di E, coli viene introdotto in cellule del ceppo C di E. coli esso viene ridotto in frammenti dagli enzimi di restrizione delle cellule del ceppo C

13 Gli enzimi di restrizione non tagliano il DNA a caso ma solo presso sequenze nucleotidiche molto specifiche Alcune lunghe soltanto 4-8 paia di basi azotate Queste sequenze sono dette sequenze di riconoscimento in quanto vengono riconosciute da specifici enzimi di restrizione L enzima di restrizione EcoRI taglia il plasmide presso la sequenza GAATTC lasciando libere le estremità coesive. Tali estremità, formate dalle sequenze TTAA e AAT, possono unirsi con ogni altro segmento di DNA che sia stato tagliato dallo stesso enzima Ogni enzima di restrizione * agisce in corrispondenza di precise sequenze nucleotidiche che è in grado di riconoscere * spezza in quella sede qualsiasi molecola di DNA non importa se - di un virus - di un batterio -di una cellula eucariota PLASMIDE F Il primo plasmide ad essere identificato è stato il PLASMIDE F di Escherichia coli (F sta per fertilità) Questi plasmide F contiene 25 geni Molti di questi geni determinano la formazione di appendici chiamati: pili sessuali I pili sono lunghe strutture proteiche a forma di filamento cavo, che si estendono dalla superficie della cellula contenente il plasmide F [nota come cellula maschio (o donatore) o F + ]

14 La cellula priva del plasmide F è detta cellula femmina (ricevente) o F - Le cellule F + possono attaccarsi alle cellule F - per mezzo dei pili possono trasferire loro il plasmide F attraverso ponti citoplasmatici. Il trasferimento del Fattore F fornisce alle cellule riceventi la capacità di produrre pili F e di trasferire, a loro volta, il fattore F essendo diventate a loro volta cellule F+ èil trasferimento di DNA da una cellula all altra mediante il contatto cellula-cellula è noto come coniugazione PLASMIDE R 1 Nel 1959 un gruppo di scienziati giapponesi scoprì che la resistenza a certi antibiotici batterici poteva essere facilmente trasferita da una cellula batterica all altra. In particolari condizioni sperimentali, il 100% di una popolazione di cellule sensibili ai farmaci poteva diventare resistente in meno di un ora se mescolata a batteri resistenti

15 Venne in seguito scoperto che: I geni che conferiscono la resistenza ai farmaci sono portati da plasmidi (chiamati plasmidi R + ) possono essere trasferiti da un plasmide R + a un altro plasmide R - Questi plasmidi R passano dalle cellule madri alle cellule figlie con la divisione cellulare vengono trasferiti da cellula a cellula mediante la coniugazione PLASMIDE R 2 NB Un singolo plasmide può riunire fino a 10 geni per la resistenza rendendo la cellula ospite (ogni cellula nella quale si trasferisce) resistente fino a 10 antibiotici diversi NB I geni per la resistenza possono anche essere trasferiti dai plasmidi al cromosoma batterico ai virus a batteri di altre specie In questo modo

16 il comune e innocuo Escherichia coli può ricevere plasmidi R mediante coniugazione e trasferire questi alla Shigella (un batterio in grado di provocare una forma di dissenteria a volta letale) NB La trasmissione della resistenza ai farmaci è stata recentemente individuata in un numero sempre maggiore di ceppi patogeni Tra questi i ceppi responsabili di tifo gastroenterite peste meningite.