Endospore batteriche. Giovanni DI BONAVENTURA, PhD. Università G. D Annunzio di Chieti e Pescara

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Giacinta Di Stefano
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1 Endospore batteriche Giovanni DI BONAVENTURA, PhD Università G. D Annunzio di Chieti e Pescara

2 Spora batterica Caratteristiche generali Spora: struttura di resistenza, endocellulare (si forma dalla cellula madre o 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 Agente eziologico del botulismo; può contaminare le conserve alimentari Clostridium tetani Clostridium perfringens Bacillus cereus Causa di tossinfezioni alimentari Bacillus anthracis Agente eziologico del carbonchio (antrace)

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 Le spore al microscopio ottico in contrasto di fase appaiono come strutture rifrangenti (molto luminose) libere o ancora all interno dello sporangio Clostridium tetani Bacillus subtilis: forma vegetativa (rosso) spore (verde)

6 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)

7 Spora batterica Ultrastruttura acido dipicolinico ACIDO DIPICOLINICO (DPA). Ruolo del Ca++ nella formazione di complessi di molecole DPA. Il DPA costituisce il 15% del peso secco della spora. Principale determinante della resistenza al calore.

8 Spore Resistenza al calore Clostridium botulinum 330 minuti a 100 C Clostridium tetani 90 minuti a 100 C Clostridium perfrigens 30 minuti a 100 C Cellule vegetative : 80 C per 5-10 minuti

9 esosporio coats cortex Bacillus stearothermophilus. Spora matura.

10 Sporulazione e germinazione SPORULAZIONE (o sporificazione o sporogenesi) Forma Vegetativa Forma Sporale GERMINAZIONE In presenza di appropriate condizioni ambientali è possibile il passaggio inverso, da spora a cellula vegetativa.

11 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

12 Spore batteriche Sporogenesi 1. Addensamento del cromonema (disposizione a sbarra ) 2. Duplicazione DNA 3. Separazione dei nucleoidi 4. Formazione della prespora 5. Apposizione di 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)

13 Sporogenesi Step-by-step

14 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).

15 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

16 Spora batterica Germinazione Processo dimorfogenetico: spora forma vegetativa Indotto dal ripristino di condizioni ambientali favorevoli alla crescita (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 (divisione)

17 Spora batterica Implicazioni pratiche Sopravvivenza per lunghi periodi: spore di actinomiceti scoperte nel fango a distanza di 7500 anni spore di clostridi possono rimanere vitali per più di 500 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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