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Appunti su virus e batteri, Appunti di Scienze e tecnologie applicate

Scienze e tecnologie applicate

Appunti su virus e batteri utili per la maturità liceo scientifico

Tipologia: Appunti

2024/2025

Caricato il 12/01/2026

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I VIRUS
Definizione:
•Il virus non è un organismo vivente, perché non è in grado di riprodursi autonomamente.
•È un parassita endocellulare obbligato: può replicarsi solo all’interno di una cellula ospite.
Classificazione dei virus
In base alle cellule che infettano:
•Virus animali (es. HIV, responsabile dell’AIDS)
•Virus vegetali
•Batteriofagi (o fagi): infettano cellule batteriche
In base alla struttura:
•Virus nudi
◦Struttura di base:
‣Involucro proteico: capside
‣Capside formato da unità chiamate capsomeri
‣Contiene il materiale genetico (DNA o RNA)
•Virus rivestiti
◦Ulteriore involucro lipidico chiamato: pericapside o envelope
•Strutture esterne:
◦Spike: glicoproteine-antigeni di superficie che permettono il riconoscimento della cellula bersaglio
In base alla forma:
•Elicoidali
•Icosaedrici
•Complessi (testa-coda, tipici dei fagi)
In base alla natura del materiale genetico:
DNA
•Double strand (a doppio filamento):
◦+/–
•Single strand (a singolo filamento) può essere + (positivo) o – (negativo)
◦La RNA polimerasi legge sempre il filamento negativo per creare mRNA positivo
‣+ (senso positivo): deve prima copiato da una RNA polimerasi DNA dipendente (crea una copia di RNA a
partire da DNA) per produrre il filamento complementare negativo
‣– (antisenso): già pronto per la trascrizione
RNA
•Double strand:
◦+/–
•Single strand:
‣+: pronto per essere trascritto
‣–: deve prima copiato da una RNA polimerasi RNA dipendente per produrre il filamento complementare
positivo
Retrovirus
Es. HIV (virus umano dell’immunodeficienza acquisita)
•Oltre all’RNA contiene l’enzima trascrittasi inversa
◦Enzima RNA-dipendente che crea DNA a partire da RNA
◦Contraddice il dogma centrale della biologia molecolare riguardo il flusso unidirezionale dell’informazione genetica
(da DNA a RNA a proteina)
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Anteprima parziale del testo

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I VIRUS

Definizione:

  • Il virus non è un organismo vivente, perché non è in grado di riprodursi autonomamente.
  • È un parassita endocellulare obbligato : può replicarsi solo all’interno di una cellula ospite. Classificazione dei virus In base alle cellule che infettano:
  • Virus animali (es. HIV, responsabile dell’AIDS)
  • Virus vegetali
  • Batteriofagi (o fagi ): infettano cellule batteriche In base alla struttura:
  • Virus nudi ◦ Struttura di base: ‣ Involucro proteico: capside ‣ Capside formato da unità chiamate capsomeri ‣ Contiene il materiale genetico (DNA o RNA)
  • Virus rivestiti ◦ Ulteriore involucro lipidico chiamato: pericapside o envelope
  • Strutture esterne: ◦ Spike : glicoproteine-antigeni di superficie che permettono il riconoscimento della cellula bersaglio In base alla forma:
  • Elicoidali
  • Icosaedrici
  • Complessi (testa-coda, tipici dei fagi) In base alla natura del materiale genetico: DNA
  • Double strand (a doppio filamento): ◦ +/–
  • Single strand (a singolo filamento) può essere + (positivo) o – (negativo) ◦ La RNA polimerasi legge sempre il filamento negativo per creare mRNA positivo ‣ + (senso positivo): deve prima copiato da una RNA polimerasi DNA dipendente (crea una copia di RNA a partire da DNA) per produrre il filamento complementare negativo ‣ – (antisenso): già pronto per la trascrizione RNA
  • Double strand : ◦ +/–
  • Single strand : ‣ +: pronto per essere trascritto ‣ –: deve prima copiato da una RNA polimerasi RNA dipendente per produrre il filamento complementare positivo Retrovirus Es. HIV (virus umano dell’immunodeficienza acquisita)
  • Oltre all’RNA contiene l’enzima trascrittasi inversa ◦ Enzima RNA-dipendente che crea DNA a partire da RNA ◦ Contraddice il dogma centrale della biologia molecolare riguardo il flusso unidirezionale dell’informazione genetica (da DNA a RNA a proteina)

Replicazione dei virus

  • Riconoscimento e absorbimento da parte della cellula ospite
  • Iniezione del materiale genetico nella cellula (es. fagi) ◦ A volte solo il genoma entra, il resto del virus resta all’esterno Dopo, il virus può seguire due diversi percorsi replicativi:
  • Ciclo litico : il virus prende il controllo della cellula ospite per replicarsi rapidamente, causando la sua distruzione. ◦ Il DNA virale sfrutta il corredo enzimatico del batterico, come la DNA polimerasi, per replicarsi. ◦ Il DNA virale contiene geni che codificano per: ‣ Involucro del virus (capside). ‣ Un’endonucleasi, che taglia e disattiva il DNA batterico. ‣ La trascrizione sfrutta la RNA polimerasi del batterio. ‣ La traduzione sfrutta i ribosomi batterici. ◦ I virus vengono assemblati. ◦ La cellula scoppia (lisi) e libera centinaia di nuovi fagi.
  • Ciclo Lisogeno : il virus non distrugge subito la cellula, ma resta silente. ◦ Il DNA virale si integra nel cromosoma batterico. ◦ La cellula infetta prende il nome di profago. ◦ Il DNA virale resta inattivo, ma viene replicato insieme al DNA batterico ogni volta che la cellula si divide. ◦ In risposta a stimoli (es. stress), il DNA virale può separarsi dal cromosoma e avviare il ciclo litico. Fagi temperati
  • Possono seguire sia ciclo litico che lisogeno
  • Scelta determinata dai livelli due proteine regolatrici (c e cro): ◦ Se c predomina: ciclo lisogeno ◦ Se cro predomina: ciclo litico Prioni
  • Altra categoria di agenti infettivi che non appartiene nè hai virus nè hai batteri.
  • Esiste una proteina prionica , prodotta dai neuroni, che fisiologicamente (quando non è mutata) ha funzioni importanti: ◦ Sviluppo di assoni, dendriti, corpo cellulare ◦ Favorisce le sinapsi (contatti tra neuroni)
  • Quando muta, diventa patologica : ◦ Le alfa eliche diventano beta foglietti ◦ Recentemente si è scoperto che questa forma patologica induce le altre proteine a mutare dopo un semplice contatto: lo sviluppo della malattia diventa esponenziale
  • Malattia prionica: encefalopatia spongiforme bovina (sindrome della mucca pazza) ‣ Malattia neurodegenerativa: dell’encefalo-SNC ‣ Spongiforme: per via dei buchi che si formano nel tessuto encefalico Virus della febbre spagnola (Influenza del 1918)
  • Responsabile della pandemia influenzale del 1918, con elevata letalità (soprattutto nei giovani adulti).
  • È un virus rivestito (enveloped).
  • È un virus a RNA a singolo filamento negativo (ssRNA-): ◦ il virus deve prima trascrivere il suo RNA grazie a RNA polimerasi RNA-dipendente
  • Possiede antigeni di superficie: ◦ per l’adesione del virus alle cellule bersaglio

Plasmidi naturali

  • I plasmidi sono anelli di DNA che contengono informazioni accessorie dei batteri, al contrario del cromosoma batterico che contiene le informazioni necessarie per la vita del batterio
  • Si trovano nel citoplasma del batterio
  • Si autoreplicano grazie a una sequenza specifica chiamata ORI (origine di replicazione). La loro replicazione è semiconservativa , poiché conserva una parte dell’informazione genetica originaria. Esistono diversi tipi di plasmidi naturali, tra cui: ◦ Plasmide F (fertilità) : conferisce al batterio la capacità di coniugarsi con un altro batterio. ◦ Plasmide R (resistenza) : contengono geni che conferiscono resistenza agli antibiotici. Caratteristiche del DNA batterico Il DNA dei batteri è tutto di senso, cioè privo di introni. Questo significa che l’intera sequenza di DNA è utilizzata per codificare proteine. ◦ Nel DNA eucariotico invece si distinguono: ‣ Esoni: porzioni di DNA con informazione genetica. ‣ Introni: porzioni non codificante, non senso. Nei batteri, invece, la distinzione non si pone perché tutto il DNA è codificante. Gli operoni Gli operoni sono strutture geniche formate da sequenze di geni strutturali che si trovano tutte sotto il controllo di un unico promotore, sono composti da:
  1. Gene regolatore (prima dell’operone): codifica gli attivatori-repressori che si legano all’operatore.
  2. Promotore : regione dove si lega l’RNA polimerasi per iniziare la trascrizione.
  3. Operatore-sito operatore : sequenza regolatrice che può essere occupata da proteine regolatrici (repressori-attivatori) per controllare l’espressione genica.
  4. Geni strutturali : codificano per proteine.
  5. Terminatore : determina la fine del processo di trascrizione Gli operoni possono essere di due tipi: -Operoni inducibili Non vengono trascritti normalmente, ma solo in presenza di una specifica sostanza induttrice. Esempio: Operone lac
  • Coinvolto nel catabolismo del lattosio.
  • I batteri preferiscono usare glucosio come fonte energetica, ma se disponibile solo lattosio, attivano l’operone lac.
  • L’operone lac contiene 3 geni strutturali: ◦ lacZ : codifica per la β-galattosidasi , che scinde il legame β-1,4, formando glucosio e galattosio. ◦ lacY : codifica per la permeasi , che facilita l’ingresso del lattosio nella cellula. ◦ lacA : codifica per la transacetilasi , la cui funzione è ancora poco chiara.
  • Meccanismo di regolazione: ◦ A monte dell’operone c’è un gene regolatore che codifica per una proteina repressore (proteina allosterica). ‣ In assenza di lattosio: il repressore si lega al sito operatore, impedendo all’RNA polimerasi di trascrivere. ‣ In presenza di lattosio: un derivato del lattosio, l’ allolattosio si lega al repressore causandone un cambiamento conformazionale: ciò impedisce al repressore di legarsi all’operatore, attivando la trascrizione dell’operone lac. -Operoni reprimibili Sono normalmente trascritti, ma possono essere repressa quando la concentrazione del prodotto finale è troppo alta. Esempio: Operone triptofano
  • Implicato in una via anabolica : ◦ i geni strutturali codificano enzimi per la sintesi del triptofano a partire dal corismato.
  • Meccanismo di regolazione: ◦ Il gene regolatore codifica per un repressore inattivo (proteina allosterica). ◦ Contiene 5 geni strutturali, ciascuno codificante per un enzima necessario alla sintesi del triptofano. ◦ Quando il livello di triptofano è elevato, esso funge da corepressore : ‣ si lega al repressore, inducendo un cambiamento conformazionale che lo rende capace di legarsi al sito operatore. ‣ In tal modo, il repressore blocca l’RNA polimerasi, inibendo la sintesi di triptofano.

Come coltivare i batteri Preparazione del terreno di coltura I batteri, per poter crescere, necessitano di specifici elementi chimici. Per questo motivo, prima della coltivazione è fondamentale preparare i terreni di coltura. ◦ Si parte da un terreno liofilizzato e si aggiunge acqua ossigenata per sciogliere il terreno. ◦ Sterilizzazione : per eliminare eventuali batteri già presenti, così da evitare contaminazioni. Tipi di terreno di coltura Esistono diversi tipi di terreno, a seconda del tipo di batterio che si vuole coltivare, i principali: ◦ Terreno minimo : ‣ contiene il minimo indispensabile di sostanze nutritive: ossigeno (O), idrogeno (H), fosforo (P), azoto (N). ‣ Adatto a batteri wild type (selvatici), cioè particolarmente resistenti e in grado di sintetizzare autonomamente molte delle molecole di cui hanno bisogno. ◦ Terreno arricchito : ‣ contiene molte sostanze nutrienti aggiuntive. ‣ Serve a far crescere anche mutanti , cioè batteri che hanno perso la capacità di sintetizzare autonomamente alcune sostanze (ad esempio aminoacidi, vitamine, ecc.). I terreni possono presentarsi in due forme: ◦ Liquidi : si versano all’interno di provettoni. ◦ Solidi : contengono agar (sostanza gelificante) che consente la solidificazione. Si versano in piastre Petri. Semina dei batteri I campioni batterici vengono trasferiti sul terreno di coltura (liquido o solido). ◦ Nelle piastre Petri si utilizza una tecnica di strisciamento con ansa sterile per distribuire i batteri. Incubazione ◦ Le piastre o i provettoni vengono posti in una stufa termostatata a 37°C. ‣ Questa temperatura è ideale per i batteri mesofili, cioè quelli che infettano l’uomo, (infatti è simile alla temperatura corporea). ◦ Durata dell’incubazione: circa 48–72 ore. Crescita batterica La crescita dei batteri avviene secondo una curva caratteristica: ◦ Fase esponenziale : I batteri si duplicano rapidamente (divisione binaria). ◦ Fase stazionaria : Le risorse iniziano a scarseggiare, i batteri non riescono più a duplicarsi. ◦ Fase di declino : I batteri iniziano a morire e la popolazione decresce. Osservazione della crescita in terreno liquido Nel terreno liquido si osserva torbidità, che indica la presenza e la localizzazione della crescita batterica. La posizione della torbidità consente di identificare il tipo di respirazione del batterio: ◦ Fondo del tubo: anaerobi stretti (vivono in assenza di ossigeno). ◦ Metà del tubo: anaerobi-aerobi facoltativi (possono vivere sia con che senza ossigeno). ◦ Superficie : aerobi stretti (necessitano di ossigeno). Esempio: selezione di mutanti Per selezionare mutanti , cioè batteri che hanno perso la capacità di produrre una determinata sostanza, si può usare il seguente metodo: Es. mutanti leu⁻ (non producono leucina) e ceppo leu⁺ (in grado di sintetizzarla).

  • Si prepara un terreno completo, contenente leucina. ◦ Si semina una miscela di batteri leu⁺ e leu⁻.
  • Dopo la crescita, si esegue un piastramento in replica su un terreno privo di leucina. ◦ Le colonie che crescono sono quelle leu⁺. ◦ Le colonie che non crescono sul nuovo terreno sono quelle dei batteri leu⁻, perché non sono in grado di sintetizzare da soli la leucina e quindi non sopravvivono senza di essa.