I BATTERI: RIPRODUZIONE E CARATTERISTICHE, Appunti di Genetica

Scarica I BATTERI: RIPRODUZIONE E CARATTERISTICHE e più Appunti in PDF di Genetica solo su Docsity! I BATTERI I procarioti sono organismi unicellulari, privi di membrana nucleare, di piccole dimensioni variabili nell'ordine dei micron, anche se ci sono alcune specie, quali le spirochaete che hanno dimensioni maggiori; da un punto vista evolutivo sono le specie più antiche che si sono sviluppate sulla terra e si dividono in batteri e archeobatteri. -Gli archeobatteri sono evolutivamente distinti dai batteri e sono più simili alle cellule degli eucarioti, sono procarioti che vivono in ambienti poco ospitali come condizioni saline molto elevate, in ambienti privi di ossigeno o in presenza di temperature elevate; -i batteri sono gli esseri viventi più diffusi al mondo, si trovano in tutti gli ambienti, dal terreno, all'aria, all'acqua e anche all'interno di altri organismi viventi inclusa la nostra specie. Non tutti i batteri sono patogeni, ad esempio nel nostro intestino ce ne sono alcuni che sintetizzano sostanze utili al nostro organismo, quali ad esempio le vitamine, inoltre ci difendono dall'attecchimento di altre specie patogene. Sono impiegati nell'industria alimentare per la produzione di latticini o nell'industria farmaceutica quali quelli per la sintesi di antibiotici. Possono essere classificati secondo diversi criteri che vanno dalla forma, al loro metabolismo, alle caratteristiche della parete; e forma, sferica detti cocchi o di forma a bastoncello detti bacilli o cilindrica con curvature detti vibrioni e spirilli; Quando i batteri si dividono tendono a rimanere vicini tra di loro a formare dei raggruppamenti che vengono identificati in base alla loro forma: -i cocchi, se si aggregano a gruppi di 2 sono detti diplococchi, se si aggregano in maniera irregolare a grappolo sono detti stafilococchi, se invece formano catenelle sono detti streptococchi; “i bacilli anche loro classificati in diplobacilli e streptobacilli. * lbatteri si possono anche classificare in base al proprio metabolismo: -fotosintetici ricavano l'energia necessaria alla produzione di ATP dalla luce, attraverso il processo della fotosintesi; -chemiosintetici ricavano l'energia dalla demolizione di sostanze organiche attraverso la fermentazione e la respirazione. e Riguardo la modalità di sintesi dei propri materiali cellulari: -autotrofi sono in grado di sintetizzare da soli tutte le molecole organiche di cui necessitano a partire da acqua e sali minerali e anidride carbonica come unica fonte di carbonio; -eterotrofi necessitano di composti organici preesistenti che vengono poi trasformati nei propri materiali cellulari. La cellula batterica non ha il nucleo e il materiale genetico che è una doppia elica di dna circolare si trova nel citoplasma in una regione dalla forma irregolare detta nucleoide. Nel citoplasma ci sono i ribosomi necessari alla sintesi proteica e che hanno però dimensioni diverse da quelli presenti nelle cellule eucarioti. Spesso all'interno del citoplasma ci sono anche dei granuli ossia delle vescicole che accumulano dei materiali nutritivi di riserva quali dei polisaccaridi; a differenza degli eucarioti, il citoplasma della cellula batterica non possiede nè il reticolo endoplasmatico nè mitocondri. Per quanto riguarda la membrana citoplasmatica, questa ha una struttura simile a quella delle cellule eucarioti e ha la funzione di controllare lo scambio metabolico tra l'esterno e l'interno sia mediante trasporto attivo che per diffusione passiva. Associati alla membrana si trovano gli enzimi della catena respiratoria che svolgono le stesse funzioni di quelli presenti sulla membrana dei itocondri. Quindi la cellula batterica con il suo dna circolare, i ribosomi, gli enzimi della catena respiratoria è del tutto simile a un mitocondrio; secondo la teoria endosimbiotica si ritiene che i mitocondri derivino da batteri ancestrali che si sarebbero inseriti all'interno di cellule precursori degli attuali eucarioti e lì sarebbero rimasti in una forma di simbiosi in quanto avrebbero fornito alla cellula ospite il vantaggio della respirazione aerobica, in cambio di protezione. Esternamente alla membrana cellulare è presente una parete che è una struttura rigida che serve a dare forma e protezione alla cellula; la parete è formata principalmente da monomeri di peptidoglicano che è un polimero formato da carboidrati azotati e da catene di amminoacidi legati tra di loro. | batteri della serie gram negativi hanno anche una membrana esterna che avvolge la parete che è formata da lipopolisaccaridi e proteine. Alcuni batteri presentano esternamente un ulteriore involucro formato da polisaccaridi, detto capsula la quale conferisce al batterio proprietà adesive e antifagocitarie (esperimento di Griffith). | flagelli sono appendici cellulari lunghi e sot: costituiti da proteine note come flagelline che sono caratteristiche dei batteri a forma cilindrica consentendo lo spostamento. | pili sono delle appendici proteiche più piccole che si originano dalla membrana citoplasmatica e hanno la funzione di far aderire il batterio alle altre cellule. Una classe particolare di pili, detta pili F o pili sessuali, è importante nel processo di coniugazione batterica. Anche i batteri sono ampiamenti usati nella ricerca biologica, si dividono velocemente e possono essere coltivati su terreni liquidi o su superfici solide come un gel di agar, purchè nel mezzo di coltura siano aggiunti i nutrienti necessari alla loro crescita. Si parte da una sospensione di cellule batteriche che sono in crescita in un terreno liquido e dalla sospensione si preleva una piccola quantità di terreno contenente i batteri che viene se ata su una capsula petri contenente un gel di agar e varie sostanze nutritive, in modo tale da seminare le singole cellule batteriche ben distanziate le une dalle altre. Si mette la piastra in un incubatore alla temperatura controllata di 37 gradi centigradi in modo da permettere alle cellule batteriche di replicarsi; quando si dividono restano immobilizzati sulla superficie di agar e formano degli aggregati cellulari che sono via via più grandi fino a diventare visibili a occhio nudo. Si formano delle colonie dove ciascuna colonia deriva da una singola cellula iniziale quindi tutti i batteri di una stessa colonia hanno un unico progenitore, sono cioè dei cloni cellulari. La crescita di una popolazione batterica ha un andamento nel tempo ben definito, legato alla velocità di riproduzione dei batteri in funzione delle sostanze nutritive presenti nel terreno di crescita. -C'è una fase iniziale detta di latenza durante la quale il numero di cellule batteriche non varia ed è il periodo di tempo che serve ai batteri per sintetizzare le sostanze necessarie alla divisione cellulare; questo periodo di tempo è variabile da specie a specie e dipende dalle condizioni ambientali, se favorevoli sarà più breve, se sfavorevoli sarà più lungo; -crescita esponenziale, da un batterio se ne formano due, da due a quattro, ecc, in questa fase il numero di cellule batteriche cresce rapidamente e la seguita da un numero. In figura è schematizzato il trasposone composito Thn10 dove i due elementi IS dello stesso tipo sono le IS10 orientate in direzioni opposte, la sequenza centrale contiene un gene che codifica per una proteina che agisce bloccando l'azione dell'antibiotico tetraciclina, un gene per la resistenza agli antibiotici. | trasposoni compositi si spostano con le stesse modalità per gli elementi IS infatti sono gli elementi che codificano per la trasposasi e consentono al trasposone composito di spostarsi da un punto all'altro del genoma o su molecole di dna quali i plasmidi; -non compositi o semplici, differiscono dai precedenti in quanto non hanno le sequenze IS, hanno invece alle due estremità le sequenze IR cioè le sequenze terminali ripetute e invertite che fiancheggiano una più ampia regione centrale che contiene sia i geni per la resistenza agli antibiotici sia i geni codificanti per la trasposasi e la resolvasi che sono gli enzimi coinvolti nel processo di trasposizione; in questi trasposoni la trasposizione avviene con modalità diverse rispetto a quella degli elementi IS. In figura è schematizzato il Tn3 che contiene i geni per la trasposasi e la resolvasi oltre a un gene che codifica per la betalattamasi che è un'enzima che inattiva l'antibiotico penicillina. Oltre al cromosoma molti batteri possiedono una o più molecole di dna extracromosomico che si trovano nel citoplasma e che sono chiamati plasmidi; i plasmidi sono formati da una doppia elica di dna circolare formata da migliaia di coppie di basi che codificano per un numero piuttosto limitato di geni, hanno una propria origine di replicazione che è riconosciuta dalla dna polimerasi batterica e che gli consente di replicare in maniera autonoma dal cromosoma batterico. La maggior parte di questi plasmidi non è necessaria per la sopravvivenza del batterio tuttavia in determinate condizioni ambientali possono offrire, al batterio che li ospita, un vantaggio rispetto ad altri batteri. In figura è schematizzato un plasmide che contiene nel proprio dna il gene che conferisce la resistenza all'antibi pertanto il batterio che possiede questo plasmide è in grado di sopravvivere in presenza di questo ant ico. In generale, i plasmidi che portano i geni che rendono le cellule ospiti resistenti agli antibiotici sono detti plasmidi R. Alcuni plasmidi come questo schematizzato in figura sono in grado di spostarsi da una cellula batterica all'altra e sono detti coniugativi in quanto contengono dei geni tra che codificano per proteine coinvolte nel processo di trasferimento detto coniugazione. Il plasmide coniugativo rappresentato in figura possiede, oltre ai geni tra, anche numerosi geni che conferiscono resistenza ai farmaci, quali i geni per la resistenza ai diversi antibiotici o ai disinfettanti a base di ioni ammonio. | plasmidi creano seri problemi sanitari in quanto rendono inefficaci i trattamenti antibiotici che possono essere utilizzati per combattere le infezioni batteriche. Alcuni plasmidi hanno la capacità di integrarsi nel cromosoma batterico, si parla in questo caso di episomi che sono dei plasmidi che possono esistere e replicarsi sia in forma autonoma, sia inseriti nel cromosoma della cellula batterica ospite. L'integrazione avviene per un evento di ricombinazione simile al crossing- over che ha luogo in corrispondenza di sequenze di dna che sono condivise tra il plasmide e il cromosoma batterico e queste sequenze di dna sono proprio gli elementi IS e che si trovano in punti diversi del genoma batterico ma anche all'interno dei plasmidi. In figura c'è un plasmide detto fattore F che possiede gli elementi IS. Uno stesso elemento 1S3 è presente sia nel fattore F (nel plasmide), sia in una regione del cromosoma batterico e tra queste due sequenze di dna identiche avviene un crossing-over, un evento di ricombinazione che porta il plasmide F a integrarsi nel cromosoma batterico.