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N 3531 MICROBIOLOGIA DI BORGATTA ALBERTO. Centro stampa Copysprinter Stampa Autorizzata dall autore 1 di 70

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N° 3531

MICROBIOLOGIA 2011-2012

DI BORGATTA ALBERTO

Centro Stampa

ATTENZIONE QUESTI APPUNTI SONO OPERA DI STUDENTI , NON SONO STATI VISIONATI DAL DOCENTE. IL NOME DEL PROFESSORE, SERVE SOLO PER IDENTIFICARE IL CORSO.

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MICROBIOLOGIA

Testo: Carlone N e AAVV- Microbiologia Farmaceutica- EdiSES

1. Introduzione

1.1 Cenni generali

1.1.1 Cos'è la microbiologia

La microbiologia è quella scienza che studia i microorganismi, cioè i virus, i batteri ed alcuni microorganismi eucarioti. Di tali microorganismi si studiano struttura, forma, come si riproducono, la loro fisiologia, il loro metabolismo e come è possibile identificarli. Essi possono essere causa di malattie, sia animali sia vegetali, o di degradazione degli alimenti, ma sono essenziali alla vita (molti batteri fondamentali vivono ad esempio nell'intestino dell'uomo), sono necessari per i cicli biogeochimici e la fertilizzazione del suolo e molti vengono utilizzati come biomassa e produttori di farmaci e molecole per uso industriale. Sono organismi dotati di dimensioni piccolissime, appena qualche micron per i batteri e nanometri per i virus, e possono essere visti rispettivamente solo per mezzo di un microscopio ottico ed elettronico. Occorrono circa 500000 batteri per raggiungere la lunghezza di un metro.

1.1.2 Argomenti di studio

Il mondo dei microbi racchiude tutto un'insieme di elementi che presentano vita: gli schizomiceti, clamidi e rickettsie, funghi (lieviti e muffe), protozoi e virus. Tutti questi elementi (i virus non sono nemmeno classificabili appieno come esseri viventi) appartengono al mondo dei microbi. Quando si parla di microbiologia ci si occupa anche di alcuni eucarioti: tra questi i funghi o miceti, eucarioti a tutti gli effetti, con una cellula di caratteristiche simili alla nostra, forniti di un parete cellulare di cellulosa o chitina. I licheni spesso vengono studiati in microbiologia perché eucarioti e in quanto esempio di simbiosi tra un fungo ed un'alga. I protozoi hanno anch'essi cellule simili a quella umana e possono dar luogo a fenomeni patogeni. Per quanto concerne la microbiologia a livello di procarioti, si hanno diversi microorganismi che rientrano nel gruppo dei cianobatteri, che presentano clorofilla e sono in grado di fare fotosintesi, e poi vi sono archeobatteri, antichi, metanogeni e termofili, che seguono vie metaboliche diverse e non hanno rapporti con l'uomo, e schizomiceti o batteri, molto studiati in quanto principali responsabili delle infezioni nell'uomo.

1.2 Batteri

1.2.1 Caratteri generali

Molti batteri sono patogeni, ma alcuni no. Sono capaci di vita autonoma extracellulare e non devono necessariamente entrare nella cellula ospite per sopravvivere. Presentano tutti una parete cellulare di mureina, eccetto i micoplasmi. La base della distinzione tra eucarioti e procarioti sta nella cellula: la cellula procariotica è assai più semplice. Tra le tante caratteristiche che distinguono procarioti ed eucarioti, i primi non hanno nucleo, ed il cromosoma è libero nel citoplasma. Inoltre, nei batteri si ha un unico cromosoma. La

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parete è sempre presente nei batteri, mentre non lo è in tutti gli eucarioti. Inoltre, negli eucarioti si hanno strutture come vacuoli, o mitocondri, che non si hanno nei batteri.

Considerando una cellula batterica, essa è caratterizzata da un'estrema semplicità: essa è avvolta talvolta da una capsula, che avvolge una parte, comune invece a tutti i batteri eccetto i micoplasmi, che racchiude ancora la membrana citoplasmatica ed il citoplasma.

Alcuni batteri sono dotati di flagello, altri di pili, utili per le adesioni. Nel citoplasma si hanno poche e semplici inclusioni citoplasmatiche, ribosomi e l'unico cromosoma.

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2. La cellula batterica

2.1 Classificazione dei batteri

2.1.1 Natura dei batteri

I batteri sono procarioti unicellulari le cui dimensioni variano da 1 a 10 μm. Essi non presentano un nucleo e si riproducono molto semplicemente per scissione binaria, per la quale da una cellula se ne ottengono due figlie. Si hanno un solo cromosoma ed una molecola di DNA. I batteri si trovano in quasi tutti gli ambienti: nelle acque, nell'aria, in prossimità di sorgenti con acqua molto calda, nelle profondità oceaniche, ... Ogni batterio ha caratteristiche proprie che consentono ad essi di adattarsi. Se ne trovano poi ancora negli alimenti, o in simbiosi con piante ed altri organismi.

2.1.2 Forma dei batteri

La loro forma non è uguale in tutti i batteri studiati: si possono avere principalmente due forme: i cocchi, sferici, ed i bacilli, di forma allungata. I cocchi hanno dimensioni intorno al μm di diametro, mentre la lunghezza dei bacilli può essere di 10 μm. Cocchi e bacilli tendono a formare delle aggregazioni e non si trovano mai isolati: i cocchi, ad esempio, possono creare strutture a catenella (streptococchi) o a grappolo d'uva (stafilococchi), mentre i bacilli si presentano anch'essi in posizioni varie e possono presentare delle spore al loro interno (batteri sporigeni). In base a forma e disposizione si può giungere già con un primo colpo d'occhio a classificare genericamente il batterio ad esempio protagonista di una malattia. Esistono poi ancora batteri particolari: il vibrione del colera, ad esempio, è un bacillo, ma ha una caratteristica forma ricurva "a virgola", mentre gli spirilli, pur essendo bacilli, hanno forma a spirale. Escherichia coli è un bacillo che si trova nell'intestino e, sebbene possa dare malattie, è fondamentale alla vita dell'uomo.

2.2 La cellula batterica

2.2.1 Differenza dalla cellula eucariotica

Una cellula batterica ha determinate caratteristiche: non ha un nucleo delimitato da membrana, non ha gran parte degli organuli degli eucarioti (non ha mitocondri nè reticolo endoplasmatico), non ha steroidi nella membrana cellulare, presenta una parete cellulare, il cromosoma è unico e circolare ed i ribosomi hanno un codice di sedimentazione 70S e non 80S.

2.2.2 Strutture fondamentali ed accessorie

Nei batteri si hanno alcune strutture fondamentali ed altre accessorie, che possono aiutare il microbo. Le strutture fondamentali sono la membrana citoplasmatica, importante per il batterio in quanto trasporta i nutrienti ed i cataboliti, il citoplasma, la parete, sempre presente nel batterio (un batterio senza parete muore in quanto essa gli dà una forma e lo protegge dalla lisi), la membrana esterna (periplasma nei batteri cosiddetti a Gram negativo), il materiale genetico (nucleoide), i mesosomi ed i ribosomi. Se un farmaco agisce su queste strutture può bloccare la sopravvivenza del batterio.

Le strutture accessorie sono invece elementi non sempre presenti che, qualora siano presenti, apportano dei vantaggi alla cellula. Si possono avere corpi inclusi, come riserve

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di carbonio o fosfato, vacuoli gassosi, flagelli, utili al movimento, plasmidi, granuli, fimbrie e pili, che consentono l'adesione a superfici o coniugazione, o ancora la spora, utile per la sopravvivenza in condizioni ambientali favorevoli. La capsula infine è propria solo di alcuni batteri ed avvolge esternamente la parete: essa consente ai batteri che la possiedono grande resistenza all'azione della fagocitosi.

2.2.3 Il citoplasma e la matrice citoplasmatica

Il citoplasma è una struttura fondamentale del batterio. In esso avvengono importanti funzioni metaboliche: la sintesi proteica e la glicolisi anaerobica. Il citoplasma è racchiuso dalla membrana citoplasmatica ed ha, immersi in una fase acquosa chiamata matrice citoplasmatica, alcuni organuli privi di membrana e elementi importanti per la vita del batterio, come lipidi, glicogeno e altri polisaccaridi o inclusi solidi di altra natura. La matrice citoplasmatica è composta al 70% da acqua e poi da macromolecole proteiche in differenti stati di aggregazione, polisaccaridi e grassi. In essa si ha l'unico cromosoma batterico, che prende nome di nucleoide. Anche la matrice è fondamentale per l'esistenza dl batterio.

2.2.4 Il nucleoide

Il cromosoma contiene il materiale genetico, e la sua posizione varia a seconda che si parli di batteri cosiddetti Gram positivi (posizione centrale) o Gram negativi (posizione periferica). Questo unico cromosoma è formato da DNA a doppia elica circolare e raggomitolato formato da poliamine, simili a istoni, che riducono l'acidità della molecola di DNA.

2.2.5 I ribosomi

Tra le inclusioni citoplasmatiche, oltre al nucleoide si hanno i ribosomi, fondamentali in quanto teatro della sintesi proteica. Non essendoci reticolo endoplasmatico essi si trovano a livello della memrbana citoplasmatica, insieme ai cosiddetti enzimi respiratori, fondamentali per il metabolismo batterico. Sono costituiti da due subunità che si associamo durante la sintesi proteica. Sono composti per il 60% da RNA e per il 40% da proteine, ed hanno una costante di sedimentazione 70S.

2.2.6 I plasmidi

Sempre nel citoplasma, si hanno poi i plasmidi, struttura non essenziale, cioè molecole circolari di DNA a doppia elica extracromosomiali, capaci di replicarsi in modo autonomo rispetto al cromosoma batterico, rispetto al quale hanno dimensioni tra 1/20 ed 1/100 (per questo motivo presentano tra 50 e 100 geni). Non sono essenziali ma sono comunque molto importanti, in quanto conferiscono ai batteri che li hanno, ad esempio, caratteristiche come la luminescenza o ancora particolari resistenze, come quella agli antibiotici. I batteri sono capaci di trasmettere plasmidi ad altri che non ne hanno. I plasmidi sono indipendenti dal cromosoma ma possono integrarsi con esso, e in tal caso si parla di episoma. Può poi separarsi e tornare ad essere un plasmidio. Sono molto utili nelle tecniche del DNA ricombinante, in quanto permettono di amplificare un segmento di DNA anche un milione di volte tramite un processo che prende nome di clonazione del DNA.

Oltre ai plasmidi, si hanno in alcuni batteri anche dei granuli, utili per identificare il batterio stesso. Ve ne sono di glicogeno, con funzione di riserva, o ancora di polifosfati, detti anche granuli di voluina o metacromatici, o ancora corpi di Babès-Ernest, che hanno anch'essi funzione di riserva di fosfati.

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2.2.7 Membrana citoplasmatica

La membrana citoplasmatica è la membrana più interna. Essa è una struttura trilaminare (composta da tre elementi) composta da proteine (60-70%), lipidi (20-30%) e tracce di carboidrati. Essa ha svariate funzioni: è una barriera osmotica, che separa l'ambiente interno dall'esterno, è un sito di permeabilità selettiva e di trasporto, mediante permeasi, è un sito di glicolisi, fosforilazione ossidativa e della pompa protone-motrice, oltre che di sintesi della parete cellulare e d'aggancio del cromosoma batterico. Le proteine della membrana (che la compongono per circa il 60%) sono strutturali o funzionali e possono essere periferiche o integrate, inserite nel bylayer della membrana fosfolipidica. In ambiente acquoso essa si organizza in un doppio strato fosfolipidico simile a quello degli eucarioti. Senza membrana citoplasmatica il batterio non sopravvive, in quanto essa assolve al trasporto di metaboliti dall'interno all'esterno, e produce energia tramite fosforilazione ossidativa. Il batterio, per sopravvivere, deve introdurre ciò di cui ha bisogno ed eliminare le sostanze di rifiuto. I batteri, tramite la membrana citoplasmatica, hanno tre meccanismi di trasporto: la diffusione passiva, che permette a una sostanza di penetrare dall'esterno senza consumo di energia, la diffusione facilitata, senza consumo di energia ma con l'aiuto di un carrier, o trasporto attivo, anche contro gradiente con consumo di energia. Tutti questi meccanismi sono assolti dalla membrana citoplasmatica.

Generalmente i batteri utilizzano il trasporto attivo. La diffusione facilitata avviene a mezzo di proteine carrier, e non vi è consumo di energia. Solitamente i carrier legano la molecola che deve essere trasportata e la veicolano. Anche il trasporto attivo prevede l'utilizzo da carrier, ma avvenendo contro gradiente, prevede il consumo di energia. I batteri lo usano sia per eliminare le sostanze di rifiuto sia per procurare sostanze utili dall'esterno. Sulla faccia esterna della membrana citoplasmatica si trovano i cosiddetti recettori di membrana, enzimi chiamati PBP (Penicillin Binding Proteins, proteine che legano penicilline), che sono recettori proteici con importante funzione di sintesi del peptidoglicano, e quindi della parete. Le PBP assolvono alla funzione di mantenimento della struttura batterica. Prendono il loro nome in quanto è stato scoperto che il punto, il target dove agivano le penicilline erano proprio le PBP. Le PBP sono molto studiate per motivi vari e sono state classificate in gruppi diversi. Ad esempio, in E. coli si hanno PBP1, che danno integrità alla struttura batterica, PBP2, che mantengono la forma del batterio, PBP3, fondamentali per la formazione del setto che si viene a creare nella divisione della cellula, e svariate altre. Quando si usa la penicillina come antibiotico, essa agisce legandosi a queste proteine e blocca l'integrità strutturale della cellula batterica: ad esempio, legandosi alle PBP1 porta ad un allungamento e quindi a una lisi.

2.2.8 Mesosomi

I mesosomi sono invaginazioni della membrana citoplasmatica. Possono essere osservati al microscopio elettronico. Il citoplasma si invagina creando queste strutture, presenti ed evidenti nei Gram positivi, scarsi nei Gram negativi. Il citoplasma si invagina quando la cellula batterica deve dividersi. Queste invaginazioni si hanno anche quando nella cellula si forma la spora. Sono fondamentali in quanto intervengono nella divisione cellulare e, inoltre, assolvono anche alla funzione respiratoria, in quanto sede di citocromi, enzimi respiratori e trasportatori di elettroni.

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2.3 Parete cellulare

2.3.1 Caratteri generali

Al di fuori della membrana citoplasmatica tutti i batteri, salvo alcune eccezioni, hanno la cosiddetta parete cellulare. Essa avvolge la membrana citoplasmatica, protegge la cellula batterica da un'eventuale lisi osmotica, è rigida ed è interessante per chi studia farmaci in quanto essa è il target di alcuni di essi. È fondamentale per la divisione cellulare. Se un batterio è sprovvisto di parete perché ne è stato privato in laboratorio allora si definisce protoplasto (se Gram positivo) o sferoplasto (Gram negativo). Tali batteri sono situazioni di laboratorio che vengono studiate e sono tenuti quindi in particolari condizioni.

Normalmente, senza parete un batterio non può sopravvivere. La parete ha una costituzione diversa a seconda che si parli di batteri Gram positivi o Gram negativi: nei primi, essa appare come uno strato uniforme al di sopra della membrana citoplasmatica.

Questo strato uniforme è costituito da peptidoglicano (o mureina). Nei Gram negativi la parete è differente in quanto ha spessore ridotto (80-100 Å contro 100-800) e struttura molto più complessa in quanto, sopra lo strato di peptidoglicano, ha una membrana esterna. Inoltre, tra il peptidoglicano e la cosiddetta membrana esterna si ha uno spazio, detto spazio periplasmatico. Quando si parla di batteri, non solo in microbiologia clinica ma anche in quella ambientale, quando essi devono essere descritti bisogna partire dalla definizione di Gram positivo o negativo, proprio perché questo determina la struttura del batterio stesso. In entrambe le situazioni la parete presenta comunque il peptidoglicano, che è una parte fondamentale della parete, essenziale per definire forma e struttura del batterio stesso e anche per la sua sopravvivenza e la

sua replicazione. Esso protegge il batterio da un'attività fagocitica nei suoi confronti, ed è degradato dal lisozima, contenuto, ad esempio, nelle lacrime e nel muco.

La parete cellulare è fondamentale per il batterio, in quanto senza di essa esso muore. Fornisce protezione meccanica, chimica ed osmotica, determina la forma del batterio stesso, aiuta il trasporto, a livello delle porine nei Gram- e delle maglie nei Gram+, ha funzione immunitaria, di virulenza, a livello del lipopolisaccaride, di ancoraggio, funzioni metaboliche e di colorazione di Gram. Quindi, nei Gram positivi si ha uno strato unico, nei negativi doppio. Da una parte si ha uno strato spesso di mureina, dall'altra esso è sottile, ed accompagnata da una membrana esterna. I primi sono sensibili a lisozima e resistenti a complemento (risposta immunitaria), mentre i secondi, al contrario, sono sensibili a complemento e resistenti al lisozima.

I Gram positivi hanno, oltre allo spesso strato di peptidoglicano, i cosiddetti acidi teicoici, che si mischiano ad esso, a dare la parete. Inoltre sono

anche presenti molecole di diversi zuccheri, che possono variare in funzione del batterio (famiglie diverse di batteri presentano zuccheri diversi). Gli acidi teicoici sono fondamentali per la sopravvivenza del batterio, perché contribuiscono a dargli forma e a dar forza ed elasticità alla parete, e facilitano l'acquisizione di cationi da parte dell'esterno (per la

I batteri sono suddivisi in due grandi gruppi, Gram positivo e Gram negativo, proprio in base alle differenze a livello della parete. In riferimento a tale distinzione si può usare un metodo di colorazione, detta colorazione d i G r a m , c h e è u n a c o l o r a z i o n e differenziale che consente di distinguere questi batteri. Si utilizza innanzitutto un primo colorante, il cristalvioletto, che penetra nella cellula batterica e la colora di blu/viola. Quando le cellule vengono poi decolorate per breve tempo con alcol acetone, i batteri Gram positivi, avendo uno spesso strato di mureina, trattengono il colorante, mentre quelli Gram negativi lo rilasciano, decolorandosi. A questo punto si inserisce un colorante di contrasto, la fucsina, che colora i batteri decolorati.

Questo sistema di colorazione, ancora oggi utilizzato nei laboratori, permette di riconoscere immediatamente la natura del batterio. È un esempio di Gram positivo lo Staphylococcus aureus, mentre di Gram negativo Escherichia coli.

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presenza di un gran numero di gruppi fosfato che rende le molecole acide e cariche), oltre a intervenire nei meccanismi di patogenicità. Essi sono fortemente immunogenici. Farmaci come le pennicilline agiscono sulla parete dei batteri.

2.3.2 Il peptidoglicano

Il peptidoglicano ha come unità strutturale il cosiddetto monomero del peptidoglicano, cioè due aminozuccheri, chiamati N-acetilglucosamina (NAG) e acido N-acetilmuramico (NAM).

Queste due unità sono legate tra loro con legame β-1,6 glucosidico e si ripetono. I vari monomeri, poi, sono legati tra loro con legame β-1,4 glucosidico. Legati al NAM si hanno sempre 5 amminoacidi: L alanina, acido diglutammico, L lisina, D alanina e D alanina. A livello di amminoacidi, come terzo amminoacido i Gram- non presentano L lisina ma acido diaminopimelico. Il peptidoglicano si dispone in lunghe catene parallele di aminozuccheri, tenute insieme tra loro per mezzo di legami, in quanto la parete è una struttura che deve essere rigida e dare forma al batterio. Si parla del cosiddetto legame di transpeptidizzazione, o legame crociato: esso consiste in un legame catalizzato da enzimi chiamati transpeptidasi, enzimi legati alla faccia esterna della membrana citoplasmatica che rientrano tra le PBP, che hanno proprio il compito di unire le file parallele tra loro. Il nome PBP (proteine leganti le penicilline) deriva dal fatto che antibiotici come penicilline o cefalosporine (β-lattamici) agiscono proprio su di esse. I legami di transpeptidizzazione uniscono la catena amminoacidica di un NAM con quella del NAM che gli sta di fronte.

Quindi, l'insieme delle unità di base collegate il modo crociato tra di loro a livello degli amminoacidi arriva a formare quella che è la vera parete, una struttura rigida, forte, che avvolge il batterio, gli dà forma e lo protegge. È stato osservato che solitamente nei Gram- il legame crociato avviene direttamente tra il NAM di una catena e quello che gli sta di fronte, mentre nei Gram+, ad esempio, negli stafilococchi, si è osservata la formazione di un ponte pentaglicinico tra gli amminoacidi: invece di avere solo i cinque amminoacidi che si legano con gli altri cinque, viene a inserirsi della glicina. Ogni NAM ha i suoi cinque amminoacidi, che si affacciano da una parte e dall'altra. Il legame crociato avviene tra la quarta D alanina di una catena e la terza L lisina (o acido diaminopimelico) della catena di fronte. In questo modo, se quando le unità sono ancora struttura polimeriche singole gli amminoacidi sono cinque, si distacca in entrambe le catene una D alanina. In un Gram+

come Staphylococcus aureus si ha invece un ponte di cinque glicine che si lega da una parte con la L lisina e dall'altra con una D alanina, anche qui con perdita di una D alanina da ambo le parti.

2.3.3 Sintesi della parete

La parete batterica viene sintetizzata per stadi a partire dalla formazione degli aminozuccheri, dei loro legami e degli amminoacidi da legare al NAM per arrivare ad avere la struttura. Si ha quindi la sintesi del peptidoglicano che porta ad avere i legami crociati, quindi quella degli acidi teicoici e del lipopolisaccaride. La sintesi della parete è simile sia per i Gram positivi sia per quelli negativi. La sintesi del peptidoglicano prevede varie fasi a partire da ció che viene sintetizzato nel citoplasma, quindi i vari amminoacidi e gli aminozuccheri. Un carrier lipidico, il bactoprenolo, li porta fuori dal citoplasma fino a livello della parete, dove i monomeri si uniscono a creare le catene di peptidoglicano e dove intervengono le PBP a dare i legami crociati. Quest'ultimo stadio di sintesi della parete operato dalle PBP è quello su cui agiscono alcuni farmaci, in particolare i β- lattamici, cioè penicilline e cefalosporine, che hanno proprio il legame crociato come target. Per tale azione, il batterio non può avere una parete ed è quindi destinato a morte.

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2.3.4 Parete nei Gram-

Nei Gram- la parete ha una struttura più complessa, in quanto si ha, oltre al peptidoglicano, una membrana esterna. Essa è rappresentata da lipopolisaccaride, proteine e fosfolipidi. Parlare di membrana esterna significa di parlare proprio di lipopolisaccaride (LPS), che ne è l'elemento principale. Il peptidoglicano è legato alla membrana esterna grazie a una piccola proteina, chiamata Braun lipoprotein, che funge da ponte tra le due strutture. La membrana esterna ha una struttura bilaminare che ricorda quella della membrana citoplasmatica, rispetto alla quale è però meno fluida, con lipoproteine e fosfolipidi all'interno e lipopolisaccaridi all'esterno. Il lipopolisaccaride (LPS) è una macromolecola, propria esclusivamente dei Gram negativi, ed è caratterizzato da tre regioni distinte: il lipide A, un nucleo polisaccaridico ed una catena laterale O. Procedendo dall'interno all'esterno, si ha il lipide A, poi il nucleo, detto anche core, quindi l'antigene O.

Il lipide A è l'endotossina dei batteri Gram negativi. Ogni batterio produce delle tossine, che possono essere esotossine, cioè sostanze di natura proteica prodotte dal batterio e da esso espulse, o endotossine, cioè parte integrante della cellula batterica, caratteristiche dei soli Gram negativi. Il lipide A è strettamente legato alla membrana esterna, ha attività pirogena (determina innalzamento della temperatura corporea), immunostimolante (origina risposta immunitaria) ed attiva i macrofagi. Quando un batterio Gram negativo libera l'endotossina, esso muore. Al centro del lipopolisaccaride si hanno il core polisaccaridico e l'antigene O, piccola catena polisaccaridica che cambia a seconda del batterio, funge da recettore e viene utilizzato per identificare batteri diversi. L'endotossina è temuta in quanto, a differenza delle proteine, è termostabile, è fortemente pirogena, determinano neutropenia, cioè adesività delle cellule ai vasi e granulocitosi, intensa ipoglicemia, ipotensione, attivazione della risposta immunitaria e agisce a livello della glicolisi nelle cellule.

2.3.5 Batteri senza parete

Esistono dei batteri privi di parete cellulare, rappresentate dal genere Mycoplasma. Essi sono a tutti gli effetti batteri, molto piccoli, capaci di vita propria ma inclassificabili secondo la colorazione di Gram. Possono essere temuti in microbiologia clinica, in quanto possono dare anche patologie gravi (ad esempio, Mycoplasma pneumoniae può dare polmoniti anche gravi). È poi possibile agire in laboratorio per eliminare la parete a batteri che devono essere trattati in determinati modi, agendo con enzimi litici per distruggere la parete o con farmaci che agiscono a livello della sintesi della mureina. Se tenuti nelle giuste condizioni questi batteri, sebbene non possano dividersi, possono rimanere in vita.

2.3.6 Spazio periplasmatico

Esiste uno spazio, detto periplasmatico o periplasma, presente nei Gram negativi tra la

parete interna, e quindi il peptidoglicano e la membrana esterna. Nei Gram positivi questo spazio si trova tra la membrana citoplasmatica e la parete. In particolare questo spazio viene studiato nei gram negativi, in quanto qui si sono osservati enzimi idrolitici, come nucleasi, lattanasi e proteasi. In questo spazio avviene il trasporto di sostanze come zuccheri per l'azione di proteine periplasmatiche.

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2.4 Strutture accessorie

2.4.1 Tipologie

Si hanno poi nei batteri svariate strutture accessorie, che il batterio puó avere o meno senza compromettere la vitalità, seppur migliorandone certe caratteristiche. Tra queste corpi inclusi, plasmidi e granuli, ma anche la capsula, il glicocalice, i pili, le fimbrie, i flagelli e la spora, che merita un discorso a parte in quanto fa parte del ciclo vitale del batteri.

Tra le strutture accessorie, se ne ha una proprie di alcuni batteri che ricopre esternamente la parete: tali strati esterni possono essere una vera e propria capsula, uno strato mucoso, un glicocalice o uno strato S (strato di proteine o glicoproteine proprio dei soli archeobatteri).

2.4.1.1 Capsula

La capsula è per definizione uno strato polimerico ben organizzato, una struttura che racchiude in modo definito il batterio, mentre le altre sono strutture non ben organizzate e maggiormente lasse. Negli ultimi anni si è osservato che i batteri che possiedono in particolare capsula e glicocalice sono più difficili da eliminare. La capsula è uno strato esterno alla parete, di natura polisaccaridica. Negli streptococchi essa è costituita da acido ialuronico. I batteri provvisti di capsula sono facilmente identificabili grazie alla colorazione di Gram, e anche le colonie di questi batteri presentano particolari caratteristiche, in particolare la consistenza mucosa, in quanto tale sostanza è facilmente identificabile. I batteri che hanno la capsula sono avvantaggiati rispetto a quelli che non ce l'hanno: in particolare, la capsula funge da difesa e protezione dalla fagocitosi operata dai fagociti, cioè le cellule che intervengono come prima difesa a un'infezione. Si può quindi affermare che la presenza di capsula è un fattore di virulenza. I batteri che danno malattia sono batteri definiti patogeni: la patogenicità è la capacità di un microrganismo di dare lesioni o una malattia. La virulenza esprime questo grado di patogenicità: più un batterio è patogeno, più è virulento. E quindi capace di dare malattia anche in quantità ridotte. Un batterio con capsula è estremamente virulento, in quanto capace di resistere alla fagocitosi e dare malattia in numero ridotto. Tra i batteri più temuti dotati di capsule lo Streptococcus pneumoniae, o pneumococco, che infetta le prime vie respiratorie. La capsula ha quindi svariate funzioni: apporta come detto virulenza al batterio, lo aiutano ad adrire ai vari strati mucosi dell'individuo, gli permette di essere resistente all'essiccamento, gli fornisce riserva nutrizionale e funge da deposito di sostanze di rifiuto. La capsula, inoltre, dà ai batteri la capacità di aggregarsi in biofilm, strutture compatte sulle quali è difficile far agire sostanze in grado di debellare il batterio, largamente studiate recentemente nella microbiologia clinica.

2.4.1.2 Glicocalice

Il glicocalice è una struttura esterna alla parete, simile ad essa, ma non la ricopre completamente: è una struttura reticolare di fibrille. I batteri che la posseggono hanno patogenicità e virulenza superiore, in quanto la presenza del glicocalice consente di creare biofilm e permette di aderire tenacemente a strutture inanimate, come cateteri e protesi. Il più studiato tra questi batteri è lo Staphylococcus aureus, insieme a S. epidermidis. Questi batteri si definiscono patogeni emergenti, in quanto oggetto di studi solo recentemente, da quando si ha maggiore ingerenza dell'ingegneria biomedica in medicina. Soggetti ricoverati in ospedale ai quali viene messo un catetere spesso sviluppano infezioni dovute proprio alla presenza di questi batteri, principalmente S. epidermidis, sul catetere.

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