Gli acidi teicoici nella parete dei batteri G+ Gli acidi teicoici sono polimeri formati da catene di ribitolo o glicerolo unite da legami fosfodiesterici. Lactobacillus GLICEROL FOSFATO LEGAME FOSFO-DIESTERE Bacillus subtilis RIBITOL FOSFATO Gli acidi teicoici sono legati covalentemente al gruppo 6ossidrile dell’acido muramico Il loro ruolo per la cellula non è del tutto chiaro; probabilmente hanno un ruolo strutturale; di certo rivestono un ruolo importante nei riguardi dei processi di adesione alle mucose cellulari dell’ospite in alcuni patogeni (come in alcune specie patogene del genere Streptococcus) o in batteri commensali intestinali (come in Bifidobacterium) 1 Il lipopolisaccaride di parete (LPS) nei batteri G– L’LPS è una molecola composta, presente solo nelle cellule procariotiche Gram negative. È composto da 3 parti: il LIPIDE A, il CORE e l’ANTIGENE A Antigene flagellare Escherichia coli O157:H7 Agente causale dell’hamburger disease (colite emorragica) Antigene somatico 2 05 ottobre 2009 3 4 PARETE MEMBRANA Altre molecole associate alla parete Colorazione di Gram spessa solo interna sottile interna ed esterna acidi (lipo)teicoici blue/viola LPS rossa/rosa 5 La parete cellulare di Saccharomyces cerevisiae • Spessore 100-200 nm • 15-25% della massa secca • nei lieviti la composizione della parete è distintiva delle specie 6 La parete cellulare di S. cerevisiae • 80-90% polisaccaridi (glucani e mannani anche ramificati) organizzati in un network di microfibrille • 2-4% chitina (polimero di N-acetilglucosammina). La chitina è presente in % maggiori nei lieviti filamentosi (Candida albicans) mentre in altre specie è del tutto assente. In Saccharomyces cerevisiae la chitina svolge diverse funzioni: i) recettore di tossine killer, ii) mantenimento dell’integrità osmotica e morfologica, iii) è il maggior costituente delle cicatrici di gemmazione • Le mannoproteine rappresentano la parte superficiale della parete. Esse presentano dei legami crociati mediati da interazioni idrofobiche e/o da ponti disolfuro. Le mannoproteine sono inoltre legate alle microfibrille di glucano mediante legami covalenti • La composizione della parete di S. cerevisiae influenza le caratteristiche di flocculazione e flottazione dei diversi ceppi utilizzati nelle fermentazioni alcoliche. Sulla base di questa caratteristica i lieviti si dividono in bottom yeast e top yeast - La Flocculazione è legata alle glicoproteine di superficie e alla carica elettrostatica superficiale (bottom yeast) - La Flottazione è legata alle caratteristiche di idrofobicità di superficie, in particolare alla capacità di intrappolare la CO2 determinando il galleggiamento delle cellule (top yeast) 7 Saccharomyces cerevisiae al microscopio… OTTICO elettronico a scansione (SEM) elettronico a trasmissione (TEM) parete cellulare 8 Le cicratici di gemmazione di Saccharomyces cerevisiae Cicatrici di gemmazione (sono rigide poiché ricche di chitina) La CHITINA è un omopolimero di unità di acetilglucosammina (più specificamente, N-acetil-Dglucos-2-ammina) legate tra di loro con un legame glucosidico di tipo β-1,4 9 La struttura dei batteri # X# # X X (enzimi) # # # = non sono presenti in tutti i batteri 10 Strutture esterne della cellula batterica Capsula e strato mucoso: è un involucro mucoso esterno alla parete che viene detto CAPSULA se è tenace e adeso alla cellula, mentre è detto STRATO MUCOSO se è meno adeso (distinzione non netta). È spesso costituita da polisaccaridi ad alto peso molecolare (anche detti ESOPOLISACCARIDI, EPS); talvolta è un polimero di aminoacidi (per es. il glutammato in Bacillus antharcis) Visualizzazione della capsula con inchiostro di china Conferisce adesività, protegge dalla essicazione, ostacola la fagocitosi Permette a patogeni come Haemophilus influenziae o Neisseria meningitidis di raggiungere gli organi bersaglio Esempio classico è quello di Streptococcus mutans, che scinde il saccarosio in fruttosio e glucosio, usando quest’ultimo per la sintesi di un polimero viscoso detto destrano che contribuisce alla formazione della placca dentaria La capsula o lo strato mucoso contribuiscono alla formazione dei BIOFILM (un biofilm è una comunità strutturata di cellule batteriche racchiuse in una matrice polimerica frequentemente autoprodotta e adesa a una superficie inerte o vivente) 11 Alcuni esempi di ESOPOLISACCARIDI Importanza tecnologica degli ESOPOLISACCARIDI Sin dagli anni ’50, produzione di destrano da Leuconostoc mesenteroides, utilizzato nell’industria alimentare come addensante, stabilizzante ed emulsificante, per modificare le proprietà reologiche dei prodotti, e nell’industria farmaceutica come sostituto del plasma sanguigno Gli EPS prodotti dai batteri lattici possono contribuire considerevolmente alla consistenza (texture) di yogurt, formaggi e prodotti da forno (cremosità, trattenimento di acqua, etc) Effetti positivi degli ESOPOLISACCARIDI Recentemente gli EPS sono studiati per il loro ruolo positivo nei riguardi della salute umana (principalmente dovuto al loro effetto PREBIOTICO e immunomodulatorio) 12 Altre strutture esterne della cellula batterica Flagelli e cilia: sono strutture filamentose presenti sulla superficie esterna di alcuni batteri (ancorati alla parete), costituite da filamenti di una proteina denominata FLAGELLINA e permettono il movimento del batterio I flagelli sono lunghe strutture che permettono un movimento “a elica” o “a cavatappi” o “a frusta” Flagelli in posizione polare Flagelli peritrichi Le ciglia sono strutture più corte e numerose dei flagelli, che permettono un movimento “a remi” Il movimento (tassi) batterico avviene grazie al consumo di molecole di ATP e permette alla cellula di spostarsi verso condizioni ambientali più favorevoli (meno pericolose o più ricche di nutrienti) http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/flagellum.swf 13 PILI: sono strutture proteiche filamentose che si ritrovano sulla superficie di alcune cellule batteriche Il termine PILO viene spesso usato come sinonimo di FIMBRIA, anche se alcuni ricercatori riconoscono una differenza ed utilizzano la parola "pilo" solo per indicare un particolare tipo di fimbria impiegata nella CONIUGAZIONE BATTERICA, più precisamente detta "pilo sessuale" o "pilo coniugativo" I pili (o fimbrie) sono strutture costituite da filamenti di una proteina denominata PILINA; possono essere cavi (permettono il passaggio di DNA nei pili coniugativi; vedremo più avanti i pili coniugativi F) o non cavi (permettono l’ancoraggio a substrati nutritivi) SONO PREVALENTEMENTE ORGANI DI ANCORAGGIO pili sulla superficie di cocchi pilo coniugativo 14 Flagelli e pili osservati al microscopio elettronico si noti la lunghezza del flagello! FLAGELLI POLARI PILI SULLA SUPERFICIE DI UN BATTERIO La struttura tridimensionale del flagello 15 16 L’endospora batterica 17 La spora batterica L’endospora batterica è una struttura cellulare dormiente, di resistenza e NON RIPRODUTTIVA, prodotta solo da alcuni membri del phylum Firmicutes (in particolare i generi Bacillus e Clostridium) (vanno ricordati!!!) La funzione primaria delle endospore è quella di assicurare la sopravvivenza del batterio durante periodi di stress ambientali estremi Esse sono resistenti ai raggi UV e gamma, alla carenza di acqua, al lisozima, a temperature estreme, alla carenza estrema di nutrienti e a molti disinfettanti chimici Le spore batteriche sono agenti finalizzati alla sopravvivenza della cellula, NON agenti di dispersione o il risultato di riproduzione come le spore fungine SPORULAZIONE Forma Sporale Forma Vegetativa GERMINAZIONE 18 Il processo di formazione dell’endospora specifici segnali ambientali di tipo chimico e fisico 1 - citoplasma e materiale genetico si concentrano in una precisa parte della cellula (polare, sub-polare, mediana) 2 - la cellula si disidrata 3 - l’attività metabolica rallenta e il consumo di energia diminuisce 4 - si formano gli involucri o pareti sporali 19 Involucri o pareti sporali INVOLUCRI O PARETI SPORALI SPORANGIO Contengono peptidoglicano, proteine, e complessi di acido dipicolinico associato a ioni Ca2+ (DONANO TERMORESISTENZA) ENDOSPORA Le spore al microscopio ottico in contrasto di fase appaiono come strutture rifrangenti (molto luminose) libere o ancora all’interno dello sporangio Osservazione al microscopio ottico di un batterio sporigeno 20 Endospore terminali Endospore subterminali Endospore centrali 21 22 23 Le spore batteriche sono così resistenti agli stress ambientali che si ritiene possano essere le uniche strutture biologiche adatte alla diffusione della vita nello spazio, tra le galassie e tra i pianeti… 24 Esempi di batteri sporigeni importanti per l’uomo I batteri più noti (da ricordare assolutamente!) in grado di formare ENDOSPORE sono i microrganismi Gram positivi dei generi Bacillus e Clostridium Bacillus thuringiensis. È un batterio del suolo. Quando viene ingerito da un insetto mediante vegetali contaminati, il batterio sporula nell'ospite liberando delle tossine in forma cristallina (innocue per gli esseri umani) (tossine Bt) che danneggiano il tratto digerente delle larve di ditteri come le zanzare o causando nei bruchi di molti lepidotteri una malattia paralitica. Per questo è usato per il biocontrollo in agricoltura Clostridium botulinum. Batterio strettamente anaerobio che produce una tossina termostabile che è estremamente neurotossica per l’uomo. Può proliferare nelle conserve vegetali e nelle conserve sott’olio. Produce gas quando cresce, rigonfiando i contenitori delle conserve. N.B.: L'uso di nitrito quale conservante alimentare ha tra i suoi principali scopi quello di impedire il moltiplicarsi di Clostridium botulinum rigonfiamento 25 26 Bacillus anthracis. Agente eziologico del carbonchio (antrace) Bacillus cereus. Causa di tossinfezioni alimentari Bacillus subtilis e B. licheniformis. Largamente usati a livello industriale per la produzione di enzimi (amilasi; proteasi alcaline per l’industria delle pelli). Sono anche utilizzati nel biocontrollo in agricoltura per la loro capacità di inibire la crescita di patogeni delle piante, quali le muffe Botrytis cinerea e Colletotrichum spp. B. licheniformis non trattato trattato con spore di B. licheniformis Botrytis cinerea Bacillus clausii. Impiegato come probiotico (Enterogermina) 27
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