Donalisio ep.2

Question 1

Come può essere il pool genico di un microrganismo?

Answer 1

core (stabile): è il cromosoma, necessario per i processi fisiologici essenziali per la sopravvivenza dell’organismo
flessibile: plasmidi, integroni, elementi trasponibili, isole genomiche e profago. non essenziale ma da aiuta la sopravvivenza in ambienti specifici

Question 2

Quali sono gli eventi che hanno permesso l’evoluzione del progenitore ancestrale batterico?

Answer 2

delezione, acquisizione attraverso trasferimento genico orizzontale o con mutazioni o riarrangiamenti

Question 3

Quali sono i meccanismi di trasferimento genico orizzontale?

Answer 3

trasformazione: dna libero di donatore entrano nel ricevente, codificato dal cromosoma
trasduzione: trasferimento mediato dai fagi, codificato dal genoma fagico
coniugazione: contatto cellula-cellula poi trasferimento plasmidico o cromosomico (spostata porzione di cromosoma)

Question 4

Come è stata scoperta la trasformazione?

Answer 4

Studiando streptococcus pneumonia (gram+) nelle sue forme capsulata (s) o non capsulata (r)

Question 5

Che cos’è il periodo di competenza?

Answer 5

è uno stato fisiologico in cui i batteri sono capaci di acquisire materiale esogeno dall’ambiente. è una capacità geneticamente programmata

Question 6

Come si rende competente E.Coli

Answer 6

non lo è naturalmente quindi si aggiunge cloruro di calcio a freddo rendendo la parete permeabile a dna esogeno.
Per farlo entrare di può fare heat shock (a 42° poi a 0°) oppure elettroporazione (campi elettrici)

Question 7

come è stata studiata la regolazione della competenza?

Answer 7

è stata studiata in bacillus subtilis (gram+), in alta densità cellulare rilascia fermoni di competenza (comX e CSF) che rendono le altre cellule competenti

Question 8

Come funziona l’ingresso del dna in un batterio gram+?

Answer 8

1- La cellula donatrice rilascia molecole di DNA libere che si legano sulla superfice di una cellula ricevente, in particolare molecole di DNA ds si legano a DNA binding proteins sulla parete.
2- Delle proteasi rompono il DNA in frammenti e lo degradano trasformandolo in DNA ss
3- Delle autolisine rompono la parete e il DNA ss entra nel citoplasma
4- Il DNA si lega a proteine SSB che lo proteggono all’attacco delle nucleasi
5- Quando il DNA è in prossimità del cromosoma, le SSB vengono sostituite dalle RecA
6- Per appaiamento di regioni omologhe, è possibile la ricombinazione tra il DNA ss e il cromosoma batterico (eteroduplice)

per l’ingresso del dna:
1- La proteina ComEA sulla parete è responsabile del legame del legame con il DNA ds.
2- È associata a ComG, una proteina sul peptidoglicano che forma una struttura a canale,
3- si trova anche una nucleasi che degrada un filamento di DNA.
4- Infine, si trova anche ComEC, una proteina canale della membrana citoplasmatica.

Question 9

Come funziona l’ingresso del dna in un batterio gram-?

Answer 9

sono competenti se su un terreno ricco, un esempio è haemophilus influenzae.
il dns ds si lega a trasformasomi (estensioni della membrana esterna della cellula ricevente). Un solo filamento (grazie a un’esonucleasi) entra (con PilQ supera la membrana esterna, con PilE supera il peptidoglicano, con ComA supera la membrana citoplasmatica) nel citoplasma e può avvenire ricombinazione con il cromosoma. Il DNA deve essere specie-specifico perchè deve combaciare con specifiche sequenze di attracco di 11 basi

Question 10

Cosa significa che un batterio è protrotrofo?

Answer 10

è capace di sintetizzare tutti gli enzimi necessari per una determinata via metabolica

Question 11

Cosa significa che un batterio è auxotrofo?

Answer 11

è un mutante, ha perso la capacità di sintetizzare l’enzima per una determinata via metabolica.

Question 12

Perchè i batteri in natura fanno trasformazione?

Answer 12

• nutrizione: dna come fonte di C e N, difficile. La degradazione è complessa e alcuni batteri prendoono solo dna della stessa specie
• riparo del dna: usano dna rilasciato da cellule morte per riparare il loro
• ricombinazione: per aumentare la biodiversità

Question 13

Qual è la particolarità di neisseria gonorrohoeae?

Answer 13

ha nel genoma copie silenti del gene pilE (responsabile per la pilina), ricombinazione tra geni PilE e le copie silenti PilS possono produrre pilina diversa in modo da evitare la risposta immunitaria

Question 14

In cosa consiste e come può essere la trasduzione?

Answer 14

è il trasferimento genico orizzontale mediato dai fagi.
Può essere generalizzata, se può essere trasferita qualsiasi porzione del cromosoma, o specializzata, se solo sequenze geniche specifiche possono essere trasferite

Question 15

Che cosa sono i concatameri?

Answer 15

Sono lunghe molecole di dna in cui è ripetuto tante volte il genoma fagico. Vengono tagliate a livello dei siti Pac e ogni porzione entra in una testa del fago. Gli enzimi virali per il taglio sono poco specifici e quindi portare alla formazione di particelle fagiche trasducenti che non sono in grado di riprodursi quindi portano solo alla formazione di una cellula trasdotta

Question 16

Cos’è una trasduzione abortiva?

Answer 16

il dna fagico è entrato nella cellula ma non è avvenuta la ricombinazione

Question 17

Quali sono i fagi più funzionali da sfruttare per portare a cellule trasdotte?

Answer 17

Il fago P1 di E.Coli e il fago P22 di salmonella typhimurium.
Hanno una bassa specificità per i siti Pac

Question 18

Cos’è la molteplicità di infezione e cosa ha a che fare con la trascrizione

Answer 18

La molteplicità di infezione è il numero di virus rispetto alle cellule infettate, quando è bassa la trasduzione è più probabile: troppi fagi in una sola cellula causerebbelo una lisi

Question 19

In cosa consiste il processo di induzione?

Answer 19

è il passaggio da ciclo lisogenico a ciclo litico: il genoma fagico si stacca dal cromosoma batterico (escissione) e si replica

Question 20

Che cos’è la particella fagica lambda gal?

Answer 20

sono fagi trasducenti che contengono l’operone gal o l’operone biotina.
Se infettano cellule auxotrofe per il galattosio possono diventare il grado di utilizzarlo

Question 21

Fai un esempio in natura di trasduzione generalizzata

Answer 21

staphylococcus aures contiene in gene per la tossina TSSST1 (ip1) che può essere acquisito da altri batteri mediante da trasduzione generalizzata

Question 22

in cosa consiste la conversione fagica?

Answer 22

è l’acquisizione di nuovi caratteri fenotipici da parte di una cellula batterica. è un analogo della trasduzione specializzata. Avviene in seguito ad infezione da parte di un fago

Question 23

Cosa fa Corynebacterium diphteriae?

Answer 23

causa difterite, diventa in grado di sintetizzare la tossina in seguito a infezione e integrazione del genoma del fago beta.
Questa tossina inibisce la sintesi proteica

Question 24

Cosa fa Vibrio Choloreae?

Answer 24

acquisisce diverse caratteristiche fenotipiche in seguito a conversione fagica da parte del fago CTX, codificante la tossina colerica

Question 25

In cosa consiste la coniugazione?

Answer 25

è un meccanismo di trasferimento genico orizzontale che prevede il contatto fisico tra le due cellula, la presenza di una DNAsi e le due cellule devono essere polarizzate (una + e una -).
è il meccanismo con cui un plasmide trasferisce una copia di sè stesso ad un nuovo ospite

Question 26

Da cosa è costituito il plasmide responsabile per la formazione del pilo sessuale?

Answer 26

OriV: replicazione
OriT: a monte di Tra
Tra: geni per il trasferimento
elementi genetici mobili

Question 27

Che cosa sono e caratteristiche dei plasmidi

Answer 27

sono dna generalmente circolare, superavvolto in senso negativo

• extracromosomiale
• replicazione autonoma
• ereditati indipendentemente dalle cellule figlie
• peso ????????
• sia nei gram+ che -
• coniugativi
• divisi in gruppi di incompatibilità definiti dalla regione inc: es: F non sta con ColE1, vengono segregati nelle cellule figlie

Question 28

Quali sono i vantaggi selettivi che possono portare i plasmidi?

Answer 28

• produzione di batteriocine: E.coli
• sintesi di fattori di virulenza: streptococcus mutans o agrobacterium tumefaciens
• funzioni fisiologiche aggiuntive
• produzione di antibiotici e fattori di resistenza
• vettori di clonaggio: pBR322, P100

Question 29

Quali sono le fila degli archea?

Answer 29

euryarchaeota: metanogeni e alofili estremi
crenarchaeota: ipertermofili
korarchaeora: ipertermofili

Question 30

Quali sono i tratti strutturali fondamentali degli archea?

Answer 30

• Parete cellulare di pseudopeptidoglicani, polisaccaridi e glicoproteine
• Nella membrana citoplasmatica ci sono lipidi con legame etere:
  o Alofili: doppio strato di dieteri fitanilici
  o Ipertermofili: monostrato di tetraeteri difitanilici
  o Metanogeni: membrane di tipo misto
• Nella trascrizione presentano una TATAbox, hanno un’RNA polimerasi e il primo amminoacido è la metionina
• I metabolismi possono essere diversi:
  o Chemiorganotrofi: usano come energia composti organici
  o Chemiolitotrofi: impiegano l’idrogeno come donatore di elettroni o fissano la CO2 con la via dell’acetil-CoA (autotrofia)
  o Metanogeni: riducono CO2 e idrogeno formando metano

Question 31

Un esempio di alofilo estremo

Answer 31

Agrobacterium salinarum, vive in habitat iper salini con concentrazione 4-5M di NaCl

Question 32

Quali sono le caratteristiche permettono ad agrobacterium salinarum di crescere in condizioni iper saline?

Answer 32

• [Na]ambiente > [Na]cellula
• [K] alta per controbilanciare la pressione osmotica dell’ambiente
• parete cellulare con glicoproteine ad alto contenuto di amminoacidi carichi negativamente per schermare le cariche negative dell’ambiente
• proteine acide perchè restino in soluzione nel citoplasma

Question 33

Come funziona il metabolismo di agrobacterium salinarum?

Answer 33

è un alofilo estremo chemiorganotrofo aerobio ma può anche sviluppare un meccanismo anaerobio mediato dalla luce.
Il potenziale di membrana viene creato grazie a bacterio-ruberine e bacteriorodopsina associata a un retinale che lavora da canale in due tempi

Question 34

Metanogeni: dove vivono e il loro metabolismo

Answer 34

vivono in ambienti anossici ricchi di materiale organico in decomposizione.
mediante metanogenesi riducono la CO2 o simili, metili o acetotrofi in CH4

Question 35

Come si possono suddividere i metanogeni

Answer 35

in metanogeni: riducono la CO2 con l’H

metanogeni acetotrofici: trasformano l’acetato in CO2 e CH4

Question 36

Quali sono i coenzimi coinvolti nella metanogenesi?

Answer 36

• Trasportatori di unità monocarboniose:
  o Metanofurano
  o Metanopterina
  o Coenzima M: interviene nella fase finale
  o Coenzima F430: struttura tetrapirrolica con un nichel centrale, non è proprio un trasportatore ma appartiene al complesso di metil-reduttasi
• Donatori di elettroni: sono coinvolti nelle reazioni di ossido-riduzione
  o Coenzima F420: assorbe la luce a 420nm ed emette fluorescenza blu-verde, per questo viene sfruttato per riconoscere i metanogeni
  o Coenzima B

Question 37

Come avviene e dove è stato studiato il meccanismo di coniugazione dei gram+?

Answer 37

è stato studiato nell’enterococcus faecalis.
Si formano aggregati cellulari in seguito all’interazione tra sensing proteins sulla superfice della membrana delle cellule donatrici. Queste rilevano i ferormoni e danno il via ad un processo a cascata che induce l’espressione dei geni plasmidici necessari per il trasferimento

Question 38

Come avviene il meccanismo di coniugazione nei gram -?

Answer 38

1- La cellula F+ costruisce il pilo: una struttura proteica tubulare con 10 nanometri di diametro formata da pilina
2- L’estremità libera del pilo prende contatto con OmpA, una proteina della membrana esterna della cellula ricevente
3- Il pilo dà accorciamento per depolarizzazione e permette il contatto cellula-cellula
4- Il contatto è stabilizzato dalla fusione delle membrane esterne e si ha la formazione di un poro che mette in comunicazione i due citoplasmi
5- Un singolo filamento del plasmide F della cellula F+ è tagliato a livello dell’OriT dalla proteina TraI attivata dalla coupling protein (che a sua volta si forma dopo il contatto cellula-cellula)
6- Il filamento si trasferisce nella cellula F-
7- Il filamento che è stato trasferito inizia a replicarsi mediante un meccanismo a cerchio rotante: il filamento si circolarizza e si ha la sintesi del complementare (sia nella cellula ricevente che in quella donatrice) da parte della DNA polimerasi batterica
8- Le cellule si separano e saranno tutte e due F+

Question 39

Che cos’è un episoma?

Answer 39

è un plasmide che si è intregrato con il cromosoma batterico e quindi ha perso la capacità di replicarsi indipendentemente.
I ceppi batterici con un episoma sono detti Hfr.

Question 40

Come avviene l’integrazione del plasmide F nel cromosoma batterico?

Answer 40

Si ha ricombinazione di sequenze omologhe di inserzione (IS) presenti sul plasmide e sul cromosoma in punti diversi

Question 41

In quanto tempo e a che temperatura avviene il trasferimento dell’intero cromosoma di E.Coli?

Answer 41

100 minuti a 37 gradi, è un evento raro

Question 42

In cosa consistono gli esperimenti di coniugazione interrotta?

Answer 42

incrociando i ceppi Hfr sensibili alla streptomicina con F resistenti alla streptomicina.
A tempi diversi (10 min. 17 min. ecc.) dall’inizio della coniugazione si preleva la miscela, si vortexa e si semina su diversi terreni di selezione in cui cresceranno solo determinati ricombinanti. Infine, si conta il numero di ricombinanti cresciuti sulle piastre.
Si costruisce un grafico e si nota il preciso ordine temporale di comparsa dei ricombinanti, questo corrisponde all’ordine di localizzazione dei geni sul cromosoma

Question 43

Esempio di Archea metanogeni

Answer 43

methanococcus jannischii

Question 44

Come funziona la via di riduzione della CO2 a ch4 h dipendente

Answer 44

Co2->formile

• > sul metanofurano
• > sulla metanopterina (F420)
• > diventa metilene
• > diventa metile
• > metile sulla coenzima M (F420)
• > metil-coenzima diventa ch4, coenzima M+ coenzima B per forza motrice protonica

Question 45

Come funziona la via di reazione dei metanogeni a partire dal metanolo?

Answer 45

1- Il metile del CH3OH viene trasferito a una proteina corrinoide, si forma il metil-corrinoide
2- Se c’è H: CH3 viene quindi trasferito al coenzima M, grazie al complesso della metile riduttasi e al coenzima B si forma CH4 (stesso processo della via precedente)
3- Se non c’è H:
I. Il metile legato alla corrinoide viene trasferito alla metanopterina e poi al metano-furano
II. È stata così generata CO2 e potere riducente
III. La CO2 viene convertita in forma organica dalla via dell’acetil-CoA, viene quindi fotossidata ed entra nel metabolismo cellulare per la biosintesi organica. Questo processo si chiama autotrofia.

Question 46

Come funziona la via di reazione dei metanogeni a partire dall’acetato?

Answer 46

Viene detta reazione acetotrofica
1- L’acetato viene trasformato in acetil-CoA
2- La CO2 deidrogenasi usa l’acetil-CoA come substrato e trasferisce il metile alla proteina corrinoide
3- Il metile viene trasferito ancora al coenzima M e si ha la produzione di CH4 come visto in precedenza
4- Queste reazioni producono CO2, il suo rilascio produce protoni ed elettroni poi impiegati nelle reazioni di metanogenesi.

Question 47

Dove si trovano (negli animali) e perchè gli archea metanogeni

Answer 47

I metanogeni possono colonizzare il tratto digestivo (rumine) dei ruminanti. Può essere paragonato ad un chemostato ad azione continua caratterizzato da:

• Temperatura alta e costante (39°C circa)
• pH costante (6.5)
• Condizione di anaerobiosi
• Dimensioni notevoli (100/150 litri nel bovino).
• Ricca flora di microrganismi, la maggior parte sono anaerobi.

Question 48

Esempi di achea ipertermofili

Answer 48

Methanopyrus: metanogeno ipertermofilo, ha il geranil-geraniolo
Thermoproteus: chemiorganotrofo, in particolare thermoplasma acidophilum (pH=2, t=55°, liposaccaride, aerobio e anaerobio, scarti del carbone)
Archaeoglobus: chemiorganotrofo
Sulfolobus: aerobio chemiorganotrofo o chemiolitotrofo, in particolare solfolobus acidocaldarius (60°< t < 90°, 1 < pH < 5).

Question 49

Quali sono gli adattamenti a cui si devono sottoporre termofili e ipertermofili per sopravvivere in condizioni ambientali difficili?

Answer 49

• Maggiore stabilità delle macromolecole ad alte temperature:
  o Proteine termostabili per sostituzione di alcuni amminoacidi che ne modificano l’organizzazione strutturale
  o Chaperonine che permettono un buon ripiegamento tridimensionale avvolgendo le proteine parzialmente denaturate
• DNA più stabile per la presenza di:
  o Soluti come di-fosfoglicerato
  o DNA-girasi inversa che lo superavvolge in maniera positiva
  o Proteine basiche simili agli istoni che si associano al DNA
• Monostrato con tetraeteri difitanilici che aumentano la resistenza al calore rendendo la membrana più robusta e resistente al collasso.