La cellula batterica

Question 1

Anton van Leeuwenhoeck

Answer 1

Osservando i suoi denticon unalente d’ingrandimento,notò una sostanza biancastra e ipotizzò che contenesse creature viventi. Perciò la mescolò con acqua piovana e saliva e vide (microscopicamente) animali molto piccoli (animacules) al suo interno.
[tra 1600 e 1700]

Question 2

Microbiologia (definizione)

Answer 2

La microbiologia è la branca della biologia che studia i microrganismi.
Micros = piccolo
Bios = vita
Logos = parola

Question 3

Microrganismi

Answer 3

Per microrganismi siintendono tutti gli organismi normalmente unicellulari visibili solo al microscopio, chetalorapossono formare aggregatipluricellulariincui tuttele cellulesono equivalenti,conformazione diCOLONIE (enonditessutiorganizzati,comeinun organismo superiore).
Occasionalmente, alcunespeciedimicrorganismi possonopresentarecelluleo gruppi dicellule morfologicamenteefunzionalmentedifferenti che, tuttavia,nonsonocostantiesonogeneralmentein rapportoconlapresenzadipeculiariprocessi riproduttivi.

Question 4

I microrganismi sono procarioti o eucarioti?

Answer 4

I microrganismipossonoessere:

• PROCARIOTI, comeibatteri,caratterizzatidallamancanzadiun distintocompartonucleare odialtriorganelli intracellularicircondatidamembrane;
• EUCARIOTI, comeprotozoiemiceti,caratterizzatidallapresenzadiun comparto nucleare ealtrecompartimentalizzazioniintracitoplasmatiche circondatedastrutturemembranose.

Question 5

La Virologia fa parte della Microbiologia?

Answer 5

Lamicrobiologia comprende convenzionalmente la Virologia, disciplina chedovrebbedistinguersiinquantosioccupadello studiodeivirus,noncaratterizzabilicome microrganismi.

Question 6

Regni degli organismi viventi

Answer 6

Sono 5:

• MONERA, procariotiunicellulari anutrizionemista
• PROTISTI, eucarioti unicellulari,anutrizionemista
• FUNGHI, eucarioti unicellulariepluricellulari anutrizioneeterotrofaperassorbimento
• PIANTE, eucarioti pluricellularianutrizioneautotrofa
• ANIMALI, eucarioti pluricellularianutrizioneeterotrofaperingestione.

Question 7

Caratteristiche generali dei batteri

Answer 7

Organismiunicellulariprocarioti (nucleo primitivo) a riproduzioneasessuata,chemiosintetici, autotrofi od eterotrofi (batteripatogeni e non).

Question 8

Caratteristiche generali dei parassiti

Answer 8

Organismiunicellularieucarioti (nucleo organizzato) a riproduzione sessuata e/o asessuata, eterotrofio fototrofi (protozoi) o pluricellulari, nei qualilefunzioni vitaliavvengono instruttureorganizzateintessutieorgani (metazoi).

Question 9

Caratteristiche generali dei funghi

Answer 9

Organismiunicellulari(lieviti)o pluricellulari(muffe)eucarioti, senzadifferenziazionetessutale,ariproduzionesessuatae/oasessuata,eterotrofi(funghimacroscopiciemicroscopici).

Question 10

Caratteristiche generali dei virus

Answer 10

• Entità biologiche subcellulari
• Parassiti endocellulari obbligati
• Possiedonounsolotipodiacidonucleico (DNAo RNA)
• Hannodimensionipiccolissime (sono filtrabili) visualizzabili almicroscopioelettronico
• Possiedonoun involucroproteico (capside) e, a volte, uninvolucrolipoproteico (pericapside o peplos)
• Presentanoin superficie strutture proteiche (antirecettori) chesiattaccanoaspecificirecettori dellacellulabersaglio

Question 11

Età della terra e dei microrganismi

Answer 11

• Età deimicrorganismi: ca 3miliardidianni (microfossilidicelluleprocariotiche sonostatiritrovatiindepositirisalentiaquelperiodo);
• Cellulepiù semplici: ca 4miliardidianni;
• Prima cellula eucariotica: ca 2,5 miliardi di anni;
• Eucarioti: ca 1 miliardo e 300milionidianni(primissimi fossili).

Question 12

Teoria endosimbiontica

Answer 12

• Spiega la comparsa delle cellule eucariotiche;
• Passaggio dalla cellula procariote a quella eucariote: evento estremamente significativo nella storia della vita sulla Terra;
• È una delle teorie più accreditate sul modo in cui questo passaggio potrebbe essere avvenuto;
• Formulata a fine anni Ottanta dalla genetista statunitense Lynn Margulis;

Secondo questo modello, i mitocondri e i cloroplasti deriverebbero da antichi procarioti che si sono introdotti in cellule più grandi.
Aggregazione tra eucarioti primitivi e procarioti ancestrali.
-Cloroplasto: batterioendosimbionte fotosintetico;
-Mitocondrio: batterioendosimbionte aerobio;
-Flagello: spirochetaendosimbionte;
-Micoplasmi: perditadellaparete;
-Procarioteancestrale: simileadalcuniStreptococchianaerobiattuali.

Question 13

Nascita della Microbiologia medica

Answer 13

AGOSTINO BASSI è considerato ilfondatore dellaMicrobiologiaMedica edell’Infettivologia.

• scoprecheunamalattiatrasmissibile del bacodasetaè causatadaun fungo (Beauveria bassiana);
• scriveilprimoarticolodiMicrobiologia (1835);
• proponel’origine microbicadimoltemalattie;
• disponemodalità perevitareil contagio.

Question 14

Branche della Microbiologia medica
Settori
Scienze affini

Answer 14

Batteriologia, Micologia, Parassitologia e Virologia.

Settori: agrario, veterinario, ambientale, farmaceutico, industriale,…

Scienze affini: immunologia, igiene, biotecnologie, genetica dei microrganismi, patologia generale, biologia molecolare, malattie infettive, farmacologia.

Question 15

Caratteristiche principali della cellula procariotica ed eucariotica

Answer 15

• PROCARIOTICA: senza organizzazione nucleare, aploide, una molecola di DNA bicatenario circolare libero nel citoplasma, no mitocondri, no apparato del Golgi, no RE, ribosomi sparsi.
• EUCARIOTICA: organizzazione nucleare (DNA organizzato in cromosomi), presenza di strutture subcellulari, si mitocondri (respirazione), si cloroplasti (fotosintesi).

Question 16

Cosa sono i batteri?

Answer 16

Microrganismi con struttura cellulare procariotica (di dimensioni inferiori agli eucarioti).
-Dimensioni variabili (1-5 micrometri).
-Forma riconducibile ad una sfera (cocchi) o ad un cilindro (bacilli).
Possono essere anche di forma cilindrica particolarmente corta (coccobacilli), con estremità assottigliate (bacilli fusiformi), o caratterizzati da una o più curvature sull’asse maggiore (vibrioni o spirilli).
-Possono mantenere un rapporto di contiguità dando origine a raggruppamenti a coppia (diplococchi o diplobacilli), a grappolo (stafilococchi) e a catena (streptococchi o streptobacilli).

Question 17

Architettura della cellula batterica

Answer 17

• Assenza di compartimenti intracellulari separati da membrane (RE, ergastoplasma, apparato del Golgi, mitocondri);
• Genoma costituito da una struttura cromosomica semplice (cromonema) priva di membrana nucleare (nucleoide);
• Citoplasma delimitato verso l’esterno dalla membrana citoplasmatica che presenta invaginazioni verso l’interno (mesosomi);
• Elementi genetici accessori possono essere presenti (plasmidi);
• Tutto è racchiuso dalla parete cellulare (sacculo) alla cui superficie spesso si trova una struttura di natura polisaccaridica (capsula);
• Possono esserci appendici libere come i flagelli (deputati alla locomozione) e i pili (quelli sessuali sono coinvolti nei processi di coniugazione).

Question 18

Chi era Gram?

Answer 18

Hans Joachim Christian Gram (1853-1938) fu un medico, patologo e farmacologo danese. E’ l’autore dell’omonima colorazione.

Question 19

Colorazione differenziale di Gram

Answer 19

Effettuata a Berlino nel 1884, ancora essenziale nella classficazione dei batteri. Esaminando del tessuto polmonare di pazienti deceduti per polmonite, notò che le cellule batteriche fissate (uccise) al calore, si coloravano più intensamente con cristal violetto e soluzione di Lugol. Mentre batteri come gli Pneumococchi conservavano il colore anche se si effettuava un lavaggio con etanolo, altri, come i Corinebatteri, non lo trattenevano.

Question 20

Fasi della colorazione di Gram

Answer 20

1° stadio: cristal violetto [+ e - viola]
2° stadio: soluzione iodurata di Gram [+ e - viola]
3° stadio: decolorante (alcol o acetone) [+ viola, - bianco]
4° stadio: rosso safranina [+ viola, - rosso/fuxia]
Il cristal violetto precipita con soluzione iodurata ed è trattenuto nello spesso strato di peptidoglicano dei batteri Gram +. Il decolorante nei batteri Gram - disperde la membrana esterna e lava il cristal violetto dallo strato sottile di peptidoglicano.

Question 21

Differenze struttura Gram + e Gram -

Answer 21

Parete cellulare diversa in Gram + e -.
Gram +
Componente principale della membrana peptidoglicano (sacculo), presenza mesosomi (introflessioni della membrana coinvolti in divisione cellulare, secrezione di enzimi e fosforilazione ossidativa).

Il diverso comportamento dei batteri nella colorazione di Gram è dovuto ad una diversa permeabilità ed architettura molecolare della parete cellulare, che riflette anche differenze funzionali e di meccanismi dell’azione patogena.

Question 22

Cromosoma batterico

Answer 22

• Nucleoide
• Unico e lunghissimo filamento (1100-1400 micrometri, 3000-4000 geni)
• Struttura circolare (eccezione: Borrelie e altre Spirochete in cui è lineare)
• Strettamente raggomitolato
• Non legato ad istoni
• Collegato alla membrana citoplasmatica attraverso i mesosomi (più complessi nei Gram +).

Question 23

Plasmidi

Answer 23

Possono essere presenti come determinanti genetici suppletivi sotto forma di REPLICONI AUTONOMI INDIPENDENTI nel citoplasma o integrati nel cromosoma batterico (EPISOMI).

Dna extracromosomico:

• Presente in più copie
• Spesso responsabile di fattori di virulenza e farmacoresistenza
• Si replica autonomamente, ma in contemporanea con la replicazione batterica

Question 24

Citoplasma batterico

Answer 24

Sono presenti:

• RIBOSOMI
• TILACOIDI (in alcune specie), sistema di lamelle o sacculi appiattiti e paralleli, prodotti per ripetute invaginazioni del plasmalemma;
• INCLUSIONI CITOPLASMATICHE (accumuli di glicogeno, polisaccaridi, polifosfati) con funzioni di materiali nutritizi di riserva detti GRANULI di VOLUTINA o METACROMATICI.

Question 25

Ribosomi batterici

Answer 25

- Deputati alla SINTESI PROTEICA; - Sono fruibili come BERSAGLI CELLULARI per l'attività selettiva di antibiotici antibatterici (presentano fondamentali differenze con quelli delle cellule eucariotiche?); - Formati da RNA (60%) e PROTEINE (40%); - Costante di sedimentazione 70S (subunità grande 50S e 34 proteine, subunità piccola 30S e 21 proteine).

Question 26

Membrana citoplasmatica

Answer 26

- Struttura trilaminare: lamina centrale lipidica e doppio strato proteico interno ed esterno; - Peso secco: 40% lipidi, 60% proteine, tracce di carboidrati; - Proteine integrali anfipatiche (polo idrofilo esterno e polo idrofobo nello strato lipidico) svolgono funzioni di trasporto (proteine carrier: permeasi); - Sede di: scambi metabolici intra-extracellulari, fosforilazione ossidativa, processi biosintetici (sintesi peptidoglicano) e recettori per la trasduzione dei segnali (quorum sensing). Nei micoplasmi (batteri privi di parete) e nelle Forme L (batteri solitamente con parete. che possono perderla reversibilmente) la membrana conferisce la forma sferica.

Question 27

Diffusione passiva, diffusione facilitata e trasporto attivo

Answer 27

- PASSIVA: la sostanza passa attraverso una proteina trasportatrice (permeasi) senza richiedere energia; - FACILITATA: mediata da proteine carrier, senza consumo di energia (fornita dal gradiente protonico fra le due superfici della membrana); - TRASPORTO ATTIVO: mediata da un trasportatore che necessita energia (ATP).

Question 28

Mesosomi

Answer 28

Sono invaginazioni della membrana citoplasmatica che si approfondano nel citoplasma e possono assumere una struttura complessa, multistratificata, contenente una serie di vescicole, tubuli e lamelle particolarmente sviluppati nei Gram +. Da alcuni sono considerati artefatti dei processi di fissazione per la preparazione di sezioni ultrasottili da esaminare al microscopio elettronico a trasmissione. Funzioni in rapporto a: - divisione cellulare (traslocazione filamenti del cromosoma batterico) - secrezione di esoenzimi - processi di fosforilazione ossidativa

Question 29

Parete cellulare batterica (o sacculo)

Answer 29

Struttura rigida contenente peptidoglicano (polimero detto anche mucopeptide o mureina). - Condiziona la forma della cellula batterica; - Differentemente conformata nei Gram + e - - Assente nei micoplasmi Conferisce forma, integrità, porosità, resistenza alla pressione osmotica (fino a 20 atmosfere) [FINPORE]

Question 30

Peptidoglicano

Answer 30

La macromolecola di peptidoglicano è formata da 2 carboidrati azotati: -N-acetilglucosamina (diffuso in vari materiali biologici); -Acido muramico (specifico della parete cellulare batterica, assente nelle Chlamydie); Legati tra loro da un legame beta 1-4 (bersaglio specifico dell'enzima LISOZIMA o muramidasi, diffuso in materiali biologici come la saliva). Al gr. carbossilico dell'acido muramico è legato un TETRAPEPTIDE costituito da: - L-alanina - acido D-glutamico - L-lisina (o acido meso-diaminopimelico, più frequente nei Gram - ad eccezione delle Spirochete) - D-alanina I diversi polimeri lineari sono collegati trasversalmente tra loro in corrispondenza delle catene aminoacidiche mediante legami peptidici (nei Gram - si stabiliscono tra D-alanina terminale e acido meso-diaminopimelico, nei Gram + attraverso un corto peptide omopolimerico costituito da 5 o 6 molecole di uno stesso aminoacido,. di solito PENTAGLICINA, mediante legami peptidici tra la D-alanina terminale e la L-lisina).

Question 31

Parete cellulare nei Gram +

Answer 31

Molto spessa (200-800 Angstrom). Formata da numerosi strati di peptidoglicano intersecato da ACIDI TEICOICI, alcuni legati ad una porzione lipidica (acidi lipoteicoici) che sembrano ancorare la parete cellulare alla membrana citoplasmatica sottostante esplicando, inoltre, funzioni antigeniche o, associati a proteine, di adesività (proteina M in Streptococcus pyogenes. Struttura polare che si oppone al passaggio di molecole idrofobiche (sali biliari intestinali dei vertebrati) che danneggerebbero la membrana citoplasmatica. Risulta permeabile alle molecole idrofile (zuccheri e amminoacidi) che possono raggiungere la membrana citoplasmatica; consentendo inoltre l'esportazione di proteine sintetizzate all'interno della cellula (tossine. enzimi). Legandosi a cationi garantisce un ambiente ionico adeguato al metabolismo batterico.

Question 32

Acidi teicoici

Answer 32

Polimeri di alcoli polivalenti, in genere ribitolo o glicerolo, esterificati con acido fosforico. - Altamente antigenici; - Hanno derivati (come gli acidi teicuronici); - Vi si legano numerosi aminoacidi e/o monosaccaridi la cui natura può definire il sierotipo dei batteri (polisaccaride A di Staphylococcus aureus).

Question 33

Parete cellulare nei Gram -

Answer 33

- Presenza di spazio periplasmico (con enzimi che garantiscono funzioni fisiologiche); - Esiguità dello strato di peptioglicano; - Presenza di membrana esterna con un foglietto interno costituito da fosfolipidi ed uno esterno costituito da lipopolisaccaride (LPS) o endotossina; attraversata da porine (coppie o trimeri di proteine che consentono la diffusionedi composti idrofili di adeguate dimensioni); - Priva di acidi teicoici; - Le catene polisaccaridiche superficiali sono efficaci (per polarità propria e dei cationi ad esse legati) nell'escludere i composti idrofobici in grado di interagire negativamente con la membrana cellulare.

Question 34

LPS dei Gram -

Answer 34

- ANTIGENE SOMATICO O: altamente variabile, anche all'interno della stessa specie; catene laterali O-specifiche variabili, come tipo e numero di zuccheri, proiettate verso l'esterno. - CORE: nucleo polisaccaridico di 10 zuccheri (antigene comune) costante nei batteri e presenza di uno zucchero peculiare KDO (acido cheto-deossioctonico); - LIPIDE A (endotossina): inserito nella membrana esterna (porzione idrofobica), formato da disaccaride fosforilato ed esterificato con acidi grassi saturi da 12 a 16 atomi di carbonio.

Question 35

Parete cellulare dei micobatteri

Answer 35

- Elevato contenuto di lipidi; - All'esterno della membrana citoplasmatica vi è uno strato di peptidoglicano legato ad acidi micolici (acidi grassi a catena lunga ramificati in posizione alfa e con un ossidrile in posizione beta tramite arabino-galattani); - I lipidi superficiali (micosidi e fosfoglicolipidi), antigenici, possono rappresentare il fattore cordale; - La struttura è attraversata da molecole glicolipidiche (fosfoinositido-mannani, lipo-arabino-mannani) ancorate alla membrana cellulare che presenta proteine in associazione con la parete.

Question 36

Proprietà conferite dalla parete cellulare dei micobatteri

Answer 36

- Rendono la cellula impervia ad una vasta serie di sostanze potenzialmente dannose inclusi diversi acidi minerali (proprietà utilizzata per l'isolamento di micobatteri in coltura); - Proprietà tintoriale dell'acido resistenza dei micobatteri consistente nel fatto che, anche uccisi (fissati) al calore, sono difficilmente penetrabili dai coloranti utilizzati in batteriologia, se non a soluzioni concentrate e a temperature elevate. Una volta colorati, resistono alla decolorazione anche da parte di solventi rappresentati da forti acidi minerali. -Dall'altra parte la complessa struttura parietale porta lentezza degli scambi selettivi di nutrienti con l'ambiente, che si riflette in un lungo periodo di duplicazione con conseguente ritardo di sviluppo delle colonie in coltura.

Question 37

Strutture esterne alla parete batterica

Answer 37

- Strutture polimeriche extracellulari: non indispensabili per la crescita e la riproduzione; - Capsula: strato di polimeri ben organizzati; - Strato mucoso: strato di polimeri non ben organizzati; - Glicocalice: rete di polisaccaridi che fuoriesce dalla parete (Gram +); - Strato S: strato di proteine o glicoproteine tipico degli Archebatteri.

Question 38

Capsula batterica

Answer 38

Numerosi batteri Gram + e - presentano un involucro mucoso risultato dalla secrezione di polisaccaridi (levani, destrani, ecc.) etero ed omopolimerici che conferiscono peculiari proprietà di adesività, antifagocitarie, produzione di biofilm. Le molecole anioniche capsulari possono adsorbire notevoli quantità di antibiotici impedendone l'arrivo in adeguate concentrazioni sulle molecole bersaglio, conferendo caratteristiche fenotipiche di resistenza, oltre che di virulenza, al ceppo produttore.

Question 39

Funzioni delle strutture esterne alla parete cellulare

Answer 39

- ADESIVITA': si tratta di materiale "appiccicoso" che favorisce l'adesione del batterio a superfici e la sua possibilità di colonizzare particolari nicchie ecologiche (tropismo tessutale e formazione di "biofilm"). - RESISTENZA: ad essiccamento (materiale ricco di acqua) e nei confronti di sostanze tossiche (materiale simile a resine a scambio ionico, che può assorbire antibiotici, metalli pesanti, batteriocine, o impedire l'infezione da parte di batteriofagi. - VIRULENZA: attività antifagocitaria, attività antigenica, vaccini. Esempio: vaccino anti-meningite da Haemophilus influenzae o da pneumococco.

Question 40

Flagelli (o ciglia)

Answer 40

Organi di movimento costituiti da polimeri di flagellina (proteina contrattile di 30-60 kDa con struttura elicoidale con passo levogiro) variabile in composizione aminoacidica tra le diverse specie. - Diametro 20 nm; - Lunghezza: 15-20 micrometri; - Possono essere persi e rigenerati: sintesi regolata da almeno 20 geni; - Sono ancorati alla membrana citoplasmatica e costituiscono gli antigeni H; - Meno complessi di quelli eucariotici: filamento di flagellina (cilindro rigido e cavo al centro), uncino (breve segmento ricurvo costituito da subunità proteiche), corpo basale (ancorato alla membrana cellulare, costituito da anelli, più complessi nei Gram -, consente la rotazione). Movimento orientato: chemiotassi (positiva o negativa); stimoli fisici (luce, calore) e chimici (nutrienti, sostanze dannose).

Question 41

Dislocazione dei flagelli batterici

Answer 41

Presenza di flagelli quasi esclusivamente osservabile in batteri di forma cilindrica (bacilli, vibrioni, spirilli) che si differenziano in 2 gruppi in base alla zona di inserzione dei flagelli: - POLARI: quando i flagelli sono localizzati ad uno o ad entrambi i poli della cellula (distinguendo in monotrichi o anfitrichi e lofotrichi o anfilotrichi, a seconda che presentino un solo flagello o un ciuffo di flagelli ad uno o ad entrambi i poli); - PERITRICHI: quando la presenza di flagelli interessa la periferia cellulare.

Question 42

Struttura dei flagelli nei batteri Gram + e -

Answer 42

Un flagello è costituito da 3 parti: -FILAMENTO: lungo ed elicoidale, protrude dalla cellula varie volte la sua lunghezza; -UNCINO (o gancio tubulare): è connesso alla complessa struttura del corpo basale; -CORPO BASALE: fissa il flagello agli involucri cellulari. E' formato da varie subunità di diverse proteine che si aggregano a formare il bastoncello. Nei batteri Gram -: serie di 4 anelli dei quali L (lipopolisaccaride) in corrispondenza della membrana esterna, P (peptidoglicano), S (supermembrana) e M (membrana) rispettivamente subito al di sotto e in corrispondenza della membrana citoplasmatica. Nei batteri Gram +: la struttura del corpo basale è più semplice (anello P ed M) in relazione alla diversa organizzazione degli strati superficiali della cellula.

Question 43

Pili (o fimbrie)

Answer 43

- Presenti soprattutto nei batteri Gram -; - Strutture proteiche rigide (0.2-20 micrometri); - Situate sulla superficie esterna; - Costituiti dalla ripetizione di subunità proteiche (pilina) specifiche per ogni specie batterica; - Spesso codificati da plasmidi; - Molto numerosi (anche 100-300 per cellula); - Fattori di adesività mediano l'adesione favorendo la colonizzazione (detti anche fattori di colonizzazione) e l'aggregazione batterica (formazione di pellicole superficiali, biofilm); - Il pilo sessuale o coniugativo ha dimensioni maggiori.

Question 44

Pilo sessuale

Answer 44

- Presente soprattutto nei Gram -; - Cilindro cavo (1-3 micrometri); - Uno per cellula; - Codificato dal plasmide F (fattore F); - Coinvolto nel processo di coniugazione (ricombinazione batterica).