2. Cyanophyta (Schizoficee) = Alghe azzurre

I Batteri

I procarioti

PROCARIOTI

1.Bacteriophyta (Schizomiceti) = Batteri

2. Cyanophyta (Schizoficee) = Alghe azzurre

• Organismi molto piccoli

• Sono unicellulari oppure aggregati in colonie

• Non hanno nucleo

Batteri 3

I Batteri

• Nei Procarioti abbiamo il NUCLEO BATTERICO (DNA rudimentale)

• Negli Eucarioti il nucleo è ben distinto con i cromosomi

• Pigmentazione = non legata a plastidi

• Moltiplicazione = prevalentemente per divisione o gemmazione

• Cellule durevoli = Cisti o spore (artrospore o endospore)

• Plasmalemma = presente

• Ribosomi di 70 S

I Batteri

• Virus Non esiste ancora

• PPLO (Pleuropneumonia una certezza like organism) di classificazione

• Rickettsie

• Bedsonie

Batteri 5

I Batteri

Principali differenze fra procarioti ed eucarioti

Procarioti Eucarioti

Assente Membrana nucleare Presente

Assenti Divisioni mitotiche Presenti

Uno ? Cromosomi Molti

Assente DNA legato ad istoni Presente

Assenti Movimenti citoplasmatici Più o meno presenti

Assenti Mitocondri Presenti

Assente Apparato di Golgi Presente

Assenti Cloroplasti Presenti

Flagelli batterici (1 fibrilla) Organi di locomozione Complessi (9 fibrille periferiche e 2 centrali)

Assenti Movimenti ameboidi Più o meno presenti

I batteri

Batteri 7

I batteri

• Organismi unicellulari che variano da frazioni di micron (10-6 m) a qualche micron

• Vivono isolati o in colonie nel suolo, nell’acqua, negli animali e nei vegetali

• La morfologia è molto varia: cocchi (sferici), a bastoncino dritto (bacilli), a bastoncino arcuato (vibrioni), spiralati (spirilli).

• Svolgono funzioni ecologiche importantissime, ad

esempio nella trasformazione della sostanza organica

Le forme dei batteri

Batteri 9

Le forme dei batteri

Le forme dei batteri

Batteri 11

La parete batterica

La parete batterica è formata da polisaccaridi il cui monomero è l’ acetilglucosammina (AG) alternata ad acido muramico (AM).

All’AM si attacca una catena peptidica

La parete batterica

—AG—AM—AG—AM—

I I

peptide peptide

A.A. dei peptidi

Acido glutamico (destrogiro) Alanina (destrogiro)

Adico diamminopimelico (destrogiro)

oppure lisina

Batteri 13

La parete batterica

• La parete costituisce un CITOSCHELETRO cui si deve la forma dei batteri

• Batteri GRAM + = Mucomplesso 80%, acidi teicoici 20%

• Batteri GRAM - = Mucomplesso 15%; acidi teicoici assenti

Colorazione di Gram: soluzione iodo-iodurata di violetto di Genziana

Le cellule Gram- positive conservano il colore viola scuro impartito dalla colorazione iniziale con il cristal violetto e lo iodio, le cellule Gram-negative (che

sono state

decolorate) vengono

colorate dal colore

di contrasto e quindi

appaiono rosse

I batteri - Caratteristiche

I batteri elaborano CAPSULE o strati gelatinosi poco solubili in acqua che si addensano in prossimità della cellula

Altri batteri (EUBACTERIA) producono POLISACCARIDI (zuccheri, amminozuccheri, acidi uronici, glutammici o glucuronici)

La SPECIFICITA’ ANTIGENICA è legata alla membrana, alla parete ed alla capsula

La MEMBRANA CELLULARE è lipoproteica ed è dotata di un corredo enzimatico.

Nei Gram (-) sono presenti mesosomi, con funzione respiratoria

Batteri 15

I batteri - Caratteristiche

I batteri - Caratteristiche

Pigmenti

• A funzione clorofilliana (batterioclorofilla) e respiratoria (citocromi);

carotenoidi – Nei batteri fotosintetici

• Ad azione protettiva: carotenoidi (raggi U.V.)

• Ad azione vitaminica: Naftochinoni

• Ad azione enzimatica: flavoproteine

• Ad azione antibiotica

• Ad azione tossica: es. Toxoflavina in Flavobacterium cocovenenas

Batteri 17

I batteri - Caratteristiche

Materiali di riserva

Si trovano nel citoplasma, dispersi o addensati in granuli Carbonio: a) poliesteri dell’acido b-OH-butirrico; b) come

glicogeno

Fosfato inorganico: volutina (metafosfato); colorato con il blu di toluidina

Zolfo elementare. Alcuni batteri sotto forma di gocce, anche

all’esterno della cellula (solfobatteri). Deriva da H ₂ S e

può essere ossidato a solfato

I batteri - Caratteristiche

Nucleo

• Colorazione di Fuellgen

• RNA

• Polinucleazione? – Laminate

Flagelli o ciglia

• Prendono origine dal citoplasma

• Lunghezza di circa 170 micron, spessore 120-180 A

• 1 sola fibrilla di proteina analoga alla miosina Monotrichi: 1 flagello ad un polo

Lofotrichi: 1 ciuffo ad un polo

Anfitrichi: 1 ciuffo ai due poli

Peritrichi: dappertutto

Batteri 19

I batteri - Caratteristiche

I batteri - Caratteristiche

Spore

Formate da acido dipicolinico (acido piridin 2,6 dicarbossilico)

Alta resistenza termica (-140° - 130° C)

Batteri 21

I batteri - Caratteristiche

Le spore

Colture batteriche

Terreni di coltura naturali o artificiali.

Importanza dell’agar.

Metodi per allontanare i batteri

Sterilizzazione: Calore umido in autoclave. Distrugge anche le spore.

Pastorizzazione: (latte, vino, alimenti deteriorabili dalle alte temperature) 80- 90° per 30 secondi, poi raffreddamento brusco a 10°. Si distruggono solo le specie viventi e non le spore

Tindalizzazione: Pastorizzazioni ripetute (3 in 24 ore). Si distruggono anche le

forme sporulanti.

Batteri 23

I batteri - Riproduzione

Moltiplicazione asessuale

1. Scissione o schizogenesi (senza formazione del fuso mitotico – cellule

polinucleate)

I batteri

Sessuale

Trasformazione (laboratorio) – Il DNA di un batterio liberato dalla sua cellula entra in un’altra cellula in soluzione

Trasduzione (batteriofagi) – Il trasferimento del DNA avviene ad opera di batteriofagi

Coniugazione

Batteri 25

I batteri - Trasduzione

Provata da Zinder e Linderberger su Salmonella typhimurium con il fago temperato P22

Es. S. typhimurium Arg+ StrR + Fago Arg- e Str+ = Cellula Arg+ StrS

Il cromosoma del fago si è integrato con quello batterico

portando con sé un pezzo del cromosoma batterico

I batteri - Trasduzione

Batteri 27

I batteri – Coniugazione

Coniugazione in Escherichia coli

• Due tipi sessuali che si moltiplicano indefinitivamente per scissione F+ (maschio o cellula donatrice); F- (femmina o cellula accettrice)

• Se F+ e F- sono mescolate si appaiano e si coniugano. F+ inietta il suo cromosoma nell’accettore F- e poi muore

• Il trasferimento del cromosoma inizia sempre ad una estremità, procede con ordine e non è mai completo

• Lo zigote (?) contiene il cromosoma completo dell’accettore e parzialmente quello del donatore

• Le nuove combinazioni geniche avvengono con lo stesso meccanismo del crossing over

• L’estremità del cromosoma cui è attaccato il fattore sesso è l’ultima

ad essere trasferita e poiché il trasferimento è parziale, il fattore di

solito non è trasferito.

I batteri – Coniugazione

Batteri 29

La sessualità nei batteri

Per molto tempo si è creduto che i batteri si riproducessero solo per via agamica.

1947 Tatum e Liedeberg hanno dimostrato la ricombinazione in Escherichia coli.

E. Coli K12 ceppo selvaggio, autosufficiente per 5 composti (treonina (Thr); Leucina (Leu); Tiamina (Tiam), Fenilalanina (Phe); Biotina (Biot).

Attraverso mutazioni indotte da Raggi X si sono ottenuti

2 ceppi autotrofi

Ceppo A: Thr+, Leu+, Tiam+, Phe-, Biot-

Ceppo B: Thr-, Leu-, Tiam-, Phe+, Biot+

La sessualità nei batteri

A non può svilupparsi in un terreno senza Phe e Biot

B non può svilupparsi in un terreno senza Thr, Leu e Tiam

Se si coltivano i batteri in un “terreno minimo”, cioè agar senza NESSUNO dei cinque composti e senza che i batteri vengano a contatto NON si ha sviluppo dei batteri

Se invece sono messi a contatto SI SVILUIPPANO e appare una RICOMBINAZIONE

Ceppo AB: Thr+, Leu+, Phe+, Tiam+, Biot+

Batteri 31

La sessualità nei batteri

Hayes e Cavalli Sforza = La coniugazione avviene solo attraverso i batteri F+ e F-.

HFr = High frequence of ricombination = Donatori ad altissima frequenza rispetto a F+

In E. coli F+ il fattore della sessualità è collocato nel citoplasma; se

si unisca al cromosoma diventa HFr

La sessualità nei batteri

Batteri 33

La sessualità nei batteri

I batteri - Caratteristiche

• Organismi aerobi

• Organismi anaerobi (es. macerazione della carta)

Eterotrofi

• Parassiti = su organismi viventi; spesso sono patogeni

• Saprofiti = su materiale organico morto. Sono importanti sia in campo farmaceutico sia per le Fermentazioni (vivono anche a pH acido)

Autotrofi

• Batteri fotosintetici e chemiosintetici Simbionti

• Fissatori di azoto

Batteri 35

I batteri - Caratteristiche

Batteri fotosintetici

Batteri purpurei (rodosolfobatteri)->Batterioclorofilla (tetraidroporfirina, cioè clorofilla + dipirrolo)

Batteri verdi -> Chlorobium chlorofillae

La Fotosintesi batterica è un fenomeno anaerobio con variazione delle

reazioni luminose. Avviene alla luce, in assenza di ossigeno, senza

produzione né consumo di O ₂ . Per la riduzione di CO ₂ usano H, H ₂ S

I batteri - Caratteristiche

Batteri chemiosintetici

Usano CO ₂ come fonte di carbonio ed attingono energia da un substrato inorganico.

Substrati

1. Composti azotati: Batteri nitrificanti es. Nitrosomonas ox NH ⁴⁺ a NO ^2- es. Nitrobacter ox NO ^2- a NO ^3- 2. Composti solforati:Batteri dello zolfo

Generi Beggiatoa e Thiotrix ox S ^–2 a S, immagazzinato poi nelle cellule sotto forma di granuli rifrangenti

 Idrogeno: Idrogenobatteri

Batteri 37

Gli antibiotici

Sostanze prodotte da batteri ( e funghi) nell’ambito dei fenomeni alleopatici fra microorganismi e fra questi e piante o animali

Spesso specie patogene sono anche produttori di antibiotici o sostanze utili Bacillus polymixia: Polimixine

B. brevis: Tirotrocina

B. licheniformis: Bacitracina Clostridium botulinum: Botulino Streptomyces griseus: Streptomicina S. venezuelae: Cloramfenicolo

S. aureofaciens: Tetracicline S. erythraeus: Eritromicina S. fradiae: Neomicina

S. niveus: Novobiocina

Utilità dei batteri

• Batteri lattici (lactobacilli)

• Fermentazioni

• Batteri produttori di enzimi (streptochinasi), fluidificanti per piaghe infette

• Patogeni animali e vegetali

• Produzione di vaccini e sieri (Vibrio cholerae per il vaccino colerico,

Salmonella typhi per il vaccino tifoideo, Corynebacterium diphteriae per il vaccino difterico, Clostridum tetani per il vaccino tetanico)

• Produttori di antibiotici

• Antifungini ed antiprotozoari in patologie vegetali

• Antimicotici

• Cicli biologici (ciclo dell’azoto)

Batteri 39

Fermentazioni

E’ un processo in cui il glucosio viene degradato in altri composti producendo energia.

Forma di metabolismo energetico alternativo alla respirazione, in condizioni anaerobie

L’attività respiratoria di alcuni organismi si compie o con poco ossigeno o in sua assenza. RESPIRAZIONE ANAEROBIA.

Es. Fermentazione dei mosti zuccherini produce etanolo e CO ₂ . L’idrogeno è combinato con acido piruvico o un suo derivato in

assenza di ossigeno. E’ un modo primitivo e meno efficiente per la produzione di ATP.

Non si ha mai demolizione totale del substrato a CO ₂ e acqua e

quindi si libera meno energia.

Fermentazioni

Fermentazione alcolica (anaerobica)

Fermentazione più importante: è il solo mezzo per produrre etanolo (CH ₃ CH ₂ OH) Utilizzata in processi industriali per la produzione di bevande alcoliche, etanolo e

lievitazione di pane e impasti

Mosto, malto (birra), sidro, riso (sakè)…..

C ₆ H ₁₂ O ₆ -> CH ₃ CH ₂ OH + CO ₂ + 20 Kcal

Glucosio metabolizzato ad etanolo e anidride carbonica

Batteri e Lieviti: Aerobi facoltativi (Saccharomyces – Funghi)

Zuccheri fermentabili: a tre atomi di carbonio o a multipli di 3, glucosio, amido

(polisaccaride)

Batteri 41

Fosforilazione degli zuccheri

Fruttosio 1-6 disfosfato

Aldeide 3 fosfoglicerico

Ac. 3 fosfoglicerico ac. Piruvico ^{CH 3 COCOOH}

Decarbossilazione (CH ³ CHO, acetaldeide) e idrogenazione CH ³ CH ² OH (etanolo)

Scissione dello zucchero

CH 2 OP

CHOH

CHO

Fermentazione lattica (anaerobica)

Streptococcus thermophilius Lactobacillus bulgaricus

Come la alcolica

Ac. Piruvico Ac. Lattico + 15000 cal.

CH3COCOOH ---> CH3CHOHCOOH

• Inacidimento del latte

Micrococcus lactis, Streptococcus cremoris (anche Escherichia coli e Salmonella typhi)

• Fermentazione acida per la conservazione del latte:in molti paesi

Lapponia Pinna dal latte di renna Caucaso Kefir Saccaromices Kefir

yogurt Bacterium bulgaricum Sardegna Gioddu

L’ambiente acido evita lo sviluppo di altri patogeni

•

Glucosio viene convertito in acido lattico

Batteri 43

Fermentazione butirrica (anaerobica)

Bacterium amylobacter Clostridium pasterianum

C ⁶ H ¹² O ⁶ CH ³ CH ² CH ² COOH 2 CO ² +2H ² O+ 12kcal

Odore sgradevole

Cellulosa, glucidi semplici, ac. Lattico, glicerina

Processo dannoso nella caseificazione

E’ responsabile del caratteristico gonfiore tardivo a carico di formaggi stagionati, come ad esempio grana e parmigiano

Fermentazione acetica (aerobica)

Presenza di O ² atmosferico (fermentazione aerobica)

Fermentazione ossidativa, etanolo, contenuto in bevande alcoliche

come il vino o alimenti come cereali e frutta viene trasformato in acido acetico

Bacterium aceti, Acetobacter

CH ³ CH ² OH CH ³ CHO + 2H

CH ³ CHO + H ² O CH ³ CH(OH) ² CH ³ COOH+2H

Fondamentale per la produzione di aceto, è dannosa per alimenti le cui proprietà organolettiche vengono alterate da questo

processo

Batteri 45

Fermentazione citrica (aerobica)

Cytromyces (funghi)

Da zuccheri- acido citrico (prima ottenuto dal succo di limone)



come aromatizzante, acidificante e antiossidante nell’industria alimentare

• come conservante e aromatizzante nell’industria farmaceutica

• come additivo nei detersivi in sostituzione dei fosfati, in quanto agisce da sequestrante di Ca++ e Mg++

• nell’industria chimica per la produzione di plastificanti e vernici

• come conservante del sangue

Ciclo dell’azoto

N ₂ presente nell’atmosfera per il 78%

Batteri 47

Ciclo dell’azoto

Ciclo dell’azoto

Batteri 49

Ciclo dell’azoto

Batteri 51

Il ciclo dell'azoto è un ciclo biogeochimico con il quale l'azoto si

muove principalmente tra l'atmosfera, il terreno e gli esseri viventi.

Questo ciclo viene definito gassoso poiché il pool di riserva, cioè il serbatoio di questo elemento è l'atmosfera, dove l'azoto occupa circa il 78 % del volume totale.

Azoto importante per la formazione di composti organici vitali, quali le proteine e gli acidi nucleici

Solo i batteri (azotofissatori) possono assorbire direttamente l'azoto

atmosferico

Non essendo immediatamente assimilabile per la maggior parte dei viventi l'azoto deve essere convertito in forme utilizzabili chimicamente, secondo i processi di fissazione o azotofissazione, ammonificazione, nitrificazione, denitrificazione.

L'azotofissazione è un processo riduttivo con cui l'azoto molecolare (N ₂ ) presente nell'atmosfera viene trasformato in ammoniaca (NH ₃ ).

Il 90% della quantità fissata naturalmente è biologica; viene prodotto ammonio a partire dall'azoto molecolare.

Gli agenti fissatori dell'azoto sono:

Azotobacter e Clostridium: batteri liberi nel terreno;

rizobi: batteri viventi in simbiosi mutualistica con le radici di leguminose, l'ontano, alcune felci;

alghe azzurre;

Frankia: batteri che vivono in simbiosi con piante non leguminose formando noduli

Batteri 53

Nel terreno: Mineralizzazione Ammonificazione

Un'altra fonte di ammoniaca per il suolo deriva dalla decomposizione dell'azoto organico, come gli amminoacidi presenti nei prodotti di rifiuto e nella sostanza organica in putrefazione.

Questo processo è detto ammonificazione ed è attuato da particolari

batteri decompositori e funghi che, degradando l'azoto amminico,

liberano l'ammoniaca nel terreno, dove può reagire con diversi

composti per formare dei sali d'ammonio.

Nitrificazione

Le molecole d'ammoniaca (o i sali d'ammonio derivati), che vengono così liberate nel suolo, possono subire un'ossidazione da parte di batteri liberi, con un processo

chiamato nitrificazione, in cui si distinguono i batteri nitrificatori, che trasformano l'ammoniaca in nitriti (NO ₂ ^- ),

da NH4 a NO ₂

Nitrosomonas: N.Javanensis Nitrocystis

ed i batteri nitratatori, che, a loro volta, ossidano i nitriti e contribuiscono alla produzione dei nitrati (NO ₃ ^- ).

da NO ₂ a NO ₃

Nitrobacter

Batteri 55

Denitrificazione

La denitrificazione consiste nella riduzione dei nitrati ad azoto molecolare che ritorna in atmosfera chiudendo il ciclo dell'azoto.

Questo processo è realizzato da batteri dei generi Pseudomonas e Clostridium in condizioni anaerobiche.

La denitrificazione è una forma di respirazione anaerobica che usa il

nitrato come accettore di elettroni in assenza di ossigeno. I batteri

denitrificanti sono anaerobi facoltativi dal momento che possono

vivere anche in presenza di ossigeno.

Simbiosi tra Rhizobium Leguminosarum e Leguminose

 Il batterio penetra attraverso i peli

radicali e si approfonda nei parenchimi sottostanti. I batteri diffondono nelle cellule e si moltiplicano a spese delle sostanze nutritive delle cellule radicali.

 Le cellule del parenchima radicale sotto lo stimolo del batterio riacquistano caratteri embrionali e si dividono originando i tubercoli radicali.

 La pianta fornisce ai batteri glucidi, mentre i batteri sintetizzano, partendo da azoto atmosferico, ammoniaca e sostanze azotate per se e per la leguminosa

 Le cellule della radice impediscono ai

batteri di moltiplicarsi e li digeriscono

con enzimi secreti dalle cellule del

tubercolo

Batteri 57

Simbiosi lichenica

Fungo (Ascomiceti) + Alghe ( Clorophyta o Cyanophyta)

Il fungo avvolge l’alga e vi penetra attraverso gli austori

L’alga viene rifornita dal fungo di acqua e sali minerali

Il fungo sottrae all’alga glicidi prodotti dalla fotosintesi

Micorrizia

Radici di piante associate con ife di funghi (Basidiomiceti)

Micorrizie ectotrofiche o endotrofiche.

Micorrize endotrofiche sono diffuse soprattutto tra le piante erbacee:

colonizzano le radici all’interno, penetrando dentro cellule sotto forma di ife (filamenti fungini). Le ife di un fungo endomicorrizico penetrano nelle radici e formano vescicole alimentari e arbuscoli

Micorrize ectotrofiche, invece, trovano maggiore diffusione nelle piante ad alto fusto, ed in particolare nelle angiosperme arboree. In questo caso la radice viene ricoperta esternamente da un mantello fungino e le ife passano tra le cellule, senza entrare al loro interno.

Parassitismo bilanciato

Batteri 59

Organismi fissatori di azoto

BATTERI anaerobi stretti Clostridium

pasteuranum suolo

aerobi stretti Azotobacter vinelandil Suolo anaerobi facoltativi Klebisella pneumoniae suolo

simbionti Rhizobium japonicum Tubercoli

fotosintetici Rodhospirillum rubra Acqua ALGHE AZZURRE

Anabaena cylindrica acqua

Antibiotici polipeptidici

TIROTRICINA (1939)

300 antibiotici polipeptidici.

Ogni ceppo produce diversi composti chimicamente affini, molti contengono AA e polipeptidi non usuali in piante e animali

BACTERICINA pm1500

Tre residui di L-Isoleucina e 1 L-leu, L-Cisteina, L-istidina, L,-lisina, L-acido aspartico, D-fenilalanina, D-ornitina, D-acido aspartico, D-acido lutamico In zootecnia

TIROTRICINA Bacillus brevis Gramicidina + tirocidina

Ulcere superficiali , ascessi cutanei, tonsilliti, infezioni oculari, lesioni da gram+

POLIMIXINE A,B, B2 Bacillus polymyxa

Batteri 61

Alcuni antibiotici polipeptidici

ANTIBIOTICO PRODUTTORE Gram + Gram - Micobatteri Funghi Tumori AA pm

Polimixina B B.polymixa * 10 1225

Amfomicina B. licheniformis * 11 1400

Viomicine B. colistinus * * 10 1200

Siomicina B. brevis * * 10 1200

Gramicidina B. brevis * *

stafilomicina S. virginiae * 7 1650

gramicidina S. fulvissimum * 6 1650

Milamicina S. mitakaensis * 10 1140

Amfotericina B

Prodotta da Streptomyces nodosus

Batteri 63

Streptomicina : Antibiotici aminoglicosidici

Prodotta da Streptomyces griseus

Gram + Gram –

Mycobacterium tubercolosis

Tetracicline

S. aureofaciens S. rimosus

Sintesi proteica a livello del legame peptidico

Batteri 65

Neomicina B

Prodotto da Streptomyces fradiae

Dissenteria amebica, sighellosi, salmonellosi

Gentamicina

Prodotto da Micromonospora purpurea

Infezioni urinarie da Gram (-)

Batteri 67

Lincomicina

Da Streptomyces lincolensis

Contro Gram -, Staphilococcus aureus e germi

penicillino resistenti. tonsilliti

Novobiocina

Da Strepthomyces spheroides, S. griseus

Infezioni cutanee da Staphilococchi, infezioni

urinarie, tonsilliti,

Batteri 69

PPLO (Pleuro- Pneumoniae Like Organism)

Il primo organismo conosciuto causava una malattia nota come pleuro-polmonite bovina.

Cellule prive di movimento Mancano di parete rigida

Sono molto plastiche- hanno forme variabili

Passano attraverso i filtri batterici per la loro plasticità Forme L dei batteri

In presenza di penicillina le forme L si sviluppano maggiormente Forme L: batteri che sintetizzano una parete difettosa, ma che

possono sopravvivere o crescere se il mezzo è idoneo, cioè

osmoticamente bilanciato con addizione di Sali e siero

Batteri 71

Rickettsie e Bedsonie

• Rickettsie: cellule molto piccole, coccoidi o allungate, parassiti obbligati di alcuni artropodi dove non provocano danni, ma possono trasmettere all’uomo gravi malattie.

• Rassomigliano molto ai batteri ( non ai virus)

• Moltiplicazione per scissione, DNA e RNA , enzimi, pareti di mucocomplesso.

• Bedsonie: parassiti obbligati di mammiferi e uccelli

Oggi chiamati clamidie, considerati prima come virus, poi come intermedi tra virus e batteri, oggi come batteri gram negativi per la duplice composizione del materiale genetico (DNA ed RNA)

Tracoma e Linfogranuloma venereo