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INTRODUZIONE
1 MICROBIOLOGIA E MICRORGANISMI
Microbiologia = scienza che studia microrganismi (non visibili ad occhio nudo). Categorie microrganismi:
- Cellulari: o Funghi o Protisti o Batteri o Archea (B. estremofili)
- Acellulari: o Virus o Prioni Ordine di grandezza es: prioni < virus < batteri < cellule à il + piccolo può infettare i
- grandi. Teoria endosimbiontica à mitocondri e cloroplasti derivano da batteri endocitati da prime cellule eucariotiche; mantenuti perché necessari a cellula per energia.
2 STORIA
I° microscopio à 1600, prime osservazioni e scoperte Pasteur (metà ‘800) à studia prime forme sterilizzazione ed eliminazione microrganismi. Koch (fine ‘800) à prima prova relazione microrganismo/malattia.
- Postulati di Koch à per essere ritenuto causa della malattia, agente deve:
- Essere presente in tutti i casi di qll malattia
- Non essere presente in altre malattie/individui sani
- Essere isolato dai tessuti colpiti
- Riprodurre malattia se inoculato a ospite recettivo
- Lacune: o Ogni malattia provocata da un solo agente e viceversa à non ammette copresenza di agenti diversi o Non considera altri fattori determinanti, es: § Ambiente § Predisposizione genetica § Stress
3 DEFINIZIONI IMPORTANTI
Patogeno = microrg in grado di invadere un organismo causando malattia Malattia da infezione = malattia causata da contatto con il patogeno (contaminazione) che è sopravvissuto e si è moltiplicato (processo infettivo) Infezione = crescita popolazione microbica su superficie à necessario ma non sufficiente per avere malattia infettiva Contaminazione = interazione ospite-parassita Patogenecità = capacità del microrg di danneggiare ospite. à instaurarsi della malattia dipende da:
- Patogenecità
- Caratteristiche ospite Parassiti = microrg dannosi per uomo, fanno parassitismo Commensali = microrg che ricavano vantaggi senza crearne all’ospite o creare danni.
VIRUS
1 STORIA
Virus tabacco à I° ad essere scoperto (‘800). Ha forma bastoncellare à involucro proteico si assembla intorno a genoma virale per proteggerlo; proteine che avvolgono genoma = capsomeri. Cronologia eventi:
- Meyer à mosaico del tabacco (malattia) causato da una tossina
- Ivanovsky à filtra linfa di una pianta malata e scopre che rimaneva infettiva, quindi deve esserci qualcosa di + piccolo dei batteri che invece venivano filtrati
- 3 Bejernic à chiama questo qualcosa “virus” = veleno. 1881 à si scopre che le zanzare sono agenti portatori della febbre gialla = sono antropodo vettore (insetti che portano malattia). Virus trasportati da essi sono cd ospiti intermedi à compiono parte del loro ciclo vitale all’interno, in qst caso, degli insetti. 1898 à scoperta causa dell’afta epizootica (I° virus animale) 1917 à scoperti batteriofagi = virus che infettano batteri, con forma diversa rispetto a quella base. Su questi fatti primi esperimenti di genetica. Componenti:
- Testa à contiene genoma
- Collare
- Tubo del core
- Fibre della coda à zampette
- Spine della coda. Quando aderisce a batterio, fibre della coda si piegano facendo uscire le spine che forano la membrana batterica e iniettano il genoma (che scorre dalla testa lungo il tubo del core). 1926 à si scopre che virus sono parassiti obbligati = possono riprodursi solo attaccando la cellula e sfruttando il suo apparato di riproduzione (ribosomi, reticolo endoplasmatico, golgi). 1932 à isolato virus febbre gialla, eliminate zanzare e aperto canale di Panama.
2 CARATTERISICHE GENERALI DEI VIRUS
Caratteristiche principali:
- Sono agenti filtrabili
- Dipendenti da ospite per replicazione
- Si chiamano “virioni”
- Costituiti da genoma + involucro proteico à genoma a DNA o ad RNA (classificazione secondo Baltimore); a seconda del genoma possono contenere proteine essenziali all’interno dell’involucro. Involucro = capside. Funzioni:
- Proteggere genoma
- Consentire infezione à facilita adesione virus-cellula
- Serve per riconoscimento su recettori specifici
- Diffusione
- Perforare cellula Alcuni virus oltre a capside hanno membrana pericapsidica (virus rivestiti) à doppio strato fosfolipidico con proteine attaccate e con funzioni di protezione e diffusione.
3 VIRUS NUDI E VIRUS RIVESTITI
Virus nudi à costituiti da acido nucleico + capside proteico formato da capsomeri = proteine che determinano specificità e vengono riconosciute da anticorpi. Caratteristiche:
- Resistenti a essicamento, acidi gastrici, digestivi e detergenti à infettivi per tempi lunghi perché genoma è protetto e un virus infetta fino a quando il genoma è integro
- Trasmissione anche senza contatto diretto à es io lo lascio sul banco e un altro lo prende da lì
- Rilasciati per lisi della cellula à quando virus replica e virioni sono completi, si ha lisi della cellula: la cellula muore e virioni vengono rilasciati. Virus rivestiti à hanno membrana pericapsidica (oltre a genoma e capside). Caratteristiche:
- Infettività e resistenza dipendono da integrità pericapside
- Necessitano di umidità per mantenere integrità pericapside
- Trasmessi per contatto diretto con fluidi, trasferimento di tessuti, microaerosol
- Rilasciati per lisi o gemmazione à gemmazione = quando pronti si assembrano sotto membrana plasmatica della cellula infettata creando delle gemme (bolle) della superficie cellulare; poi virus se ne va portando con sé parte della membrana plasmatica della cellula che li ha prodotti.
Variazioni a seconda che si replichi nel nucleo o nel citoplasma:
- Nucleo à poi deve usare chaperon proteins della cellula per uscire e andare nei ribosomi
- Citoplasma à usa ribosomi cellulari direttamente perché è già lì e non ha bisogno delle chaperonine.
6.1 Ingresso del virus
Virus rivestito à fonde la propria membrana con quella della cellula e questo, a volte, determina rilascio del capside. Può entrare anche tramite endocitosi con vescicola che si chiama “endosoma) à membrana endocitotica si fonde con un lisosoma ed enzimi lisosomiali attaccano membrana pericapsidica liberando quindi capside e di conseguenza anche genoma del virus. Virus nudo à introducono loro genoma attraverso la membrana o per endocitosi. La membrana endocitotica si fonde con lisosoma ed enzimi lisosomiali attaccano capside liberando genoma. Batteriofagi à capside fora la membrana del batterio, rilascia il suo genoma e si ha processo endocitotico. Viropressi = endocitosi mediata da recettori à casi picornavirus (virus nudi). Picornavirus à si legano a recettore della membrana cellulare causando invaginazione della membrana (simil-endocitico) che libera virus all’interno del citoplasma.
6.2 Ciclo replicativo del virus
Virus si possono replicare:
- Nel nucleo
- Nel citoplasma Ciclo replicativo à sintomatologia pz: avviene infezione e si ha periodo di latenza: pz asintomatico e virus replica acido nucleico fino a raggiungere viral rope = quantità di virus adeguata perché pz possa trasmettere virus ad altri à si manifesta malattia. Nel ciclo replicativo entrano in gioco:
- Enzimi precoci à polimerasi x replicare genoma
- Proteine tardive à per bloccare difese della cellula = meccanismi di riconoscimento del DNA/RNA virale
- Proteine strutturali à capsomeri per assemblaggio virione. Per tenere a bada la cellula e contemporaneamente replicarsi, inizialmente virus deve utilizzare ribosomi della cellula à la cellula è più grande di lui e ha più mRNA quindi virus deve fare in modo di limitare utilizzo dei ribosomi da parte della cellula per usarli lui. Strategie virus dipendono da:
- Sito replicazione
- Tipo genoma à se RNA andrà diretto nei ribosomi (con eccezioni, es: elettrovirus), se DNA serve un passaggio in più. o Elettrovirus à devono retrotrascriversi, cioè creare una copia di DNA complementare per poi creare RNA virale per andare nei ribosomi.
7 CICLO LITICO E CICLO LISOGENO
Virus può utilizzare due cicli:
- Litico
- Lisogeno à sono intercambiabili, dipende dalle condizioni dell’ambiente esterno. Ciclo litico:
- Batteriofago si lega a cellula batterica
- DNA fagico si integra nel cromosoma batterico e diventa profago non infettivo
- DNA dell’ospite viene digerito
- Si forma nuovo DNA fagico a spese dei nucleotidi provenienti dalla digestione del DNA della cellula ospite
- Cellula ospite trascrive DNA del fago e traduce RNA virale producendo proteine fagiche
- Si completa assemblaggio nuovi fagi ed enzima codificato dal fago provoca lisi della cellula ospite
- Vengono liberati nuovi fagi e ciclo ricomincia Ciclo lisogeno:
- Batteriofago si lega a cellula batterica
- DNA fagico si integra nel cromosoma batterico e diventa profago non infettivo
- DNA fagico penetra nella cellula ospite
- Il cromosoma con il profago integrato si duplica à ciò può continuare per molte divisioni cellulari
- In rari casi, profago può separarsi dal cromosoma ospite e la cellula entra nel ciclo litico. Esempio herpes à quando il portatore non è sotto stress non ha ambiente idoneo per replicarsi (se lo facesse, nostro organismo lo debellerebbe facilmente) quindi aspetta e attiva un ciclo lisogeno: resta integrato come profago nel DNA dell’ospite. Quando condizioni esterne sono idonee, DNA dell’ospite viene digerito e virus inizia a riprodursi fuoriuscendo tramite lisi cellulare (pustola).
8 REPLICAZIONE RETROVIRUS
Retrovirus à composti da RNA: al loro interno hanno due copie di transcrittasi inversa, enzima necessario per retrotrascrivere dal RNA a DNA. Necessitano di un passaggio in più. Quando genoma viene replicato, transcrittasi inversa crea subito una copia a partire dall’RNA che funge da stampo à deve essere immediata perché le nostre cellule hanno delle proteine che fungono da sensori dell’RNA e DNA virale. Differenza tra nostro RNA ed RNA virale:
- Nostro RNA à durante maturazione subisce aggiunta di un cappuccio in posizione 5’ e di una coda poli-a in posizione 3’
- RNA virale à non ha né coda poli-a né cappuccio quindi viene riconosciuto dalle nostre cellule che eliminano questo RNA immediatamente. (anche nostro mNA degradato per sicurezza se per errore non ha queste caratteristiche (errore nella sua formazione).
- Retrotrascrittasi crea subito copia dall’mRNA a DNA complementare perché quest’utlimo viene subito inserito nel genoma dell’ospite tramite proteina integrasi.
- La polimerasi della cellula ospite processa tutto senza notare la presenza del DNA viral, cd pro-DNA.
- Viene trascritto tutto il DNA della cellula e del retrovirus à otteniamo mRNA virale che subisce processamenti normali della cellula: cappuccio in 5’ e poli-a in 3’ à si nasconde dai sistemi di rilevazione della cellula, viene prodotto e processato e si formerà il virione vicino alla membrana cellulare
9 POLIMERASI VIRALE DISTRATTA
Virus inizialmente utilizza polimerasi della cellula, che poi produce polimerasi del virus e da questo momento virus utilizza la sua à polim del virus è molto + veloce, produce + copie di genoma in poco tempo. Viene chiamata “distratta” perché essendo molto veloce compie molti + errori à virus evolve velocemente, muta. Mutazione può essere sia positiva (varianti funzionali) che negativa per il virus à alcune possono essere fatali (abortive) per il virus quindi verranno eliminate o utilizzate a favore del nostro organismo.
I BATTERI
1 CARATTERISTICHE GENERALI
I batteri sono più grandi dei virus e sono microrganismi cellulari. Caratteristiche generali:
- Sono procarioti à cellule più semplici senza nucleo
- Sono unicellulari
- Dimensioni intorno ai micrometri. Rispetto alla cellula eucariotica sono più piccoli à rapporto 1/10 o 1/20. Il genoma è raggruppato in una zona chiamata nucleoide, inoltre possono avere DNA anche sotto forma di plasmidi. Plasmidi = DNA circolare a doppio filamento con replicazione indipendente rispetto la replicazione del cromosoma batterico. Nei batteri non sono presenti organelli racchiusi da membrana, ma ci sono ribosomi. Riproduzione à si riproducono tramite scissione binaria (modalità asessuata) anche se presentano altre modalità per lo scambio del materiale genetico. Si muovono tramite flagelli, ma presentano anche delle ciglia (definite fimbrie). Respirazione à avviene tramite membrana plasmatica perché non hanno mitocondri.
2 DIFFERENZE PROCARIOTI ED EUCARIOTI
3 CLASSIFICAZIONE
Batteri classificabili in base a:
- Forma
- Raggruppamento
- Aspetto macroscopico delle colonie
- Caratteristiche della crescita
- Caratteristiche metaboliche à a seconda del luogo in cui vivono: se aerobiche o anaerobiche
- Caratteristiche di antigenicità (sierotipizzazione) à proteine presenti sulla superficie
- Genotipo. In base alla forma classificabili in:
- Cocchi
- Sferici
- Bacilli
- Coccobacilli
- Spirilli
- Vibrioni (forma di parentesi)
5 LA MEMBRANA CITOPLASMATICA
Nella membrana citoplasmatica batterica non ci sono steroli, ma opanoidi. Le proteine della membrana non sono glicosate (perché glicosilazione avviene nel golgi e batteri non ce l’hanno). La membrana serve a manterenere la permeabilità e a prevenire dispersioni del fluido citoplasmatico. Ci sono delle invaginazioni di membrana, i mesosomi, utilizzati soprattutto nel momento di divisione cellulare. Membrana citoplasmatica improtante per:
- Bioenergetica
- Trasporto
- Sintesi di peptoglicano
- Trasduzione dei segnali ambientali Membrana citoplasmatica è sito di conservazione dell’energia (F proton-motrice). All’esterno della membrana troviamo la parete cellulare.
6 LA PARETE CELLULARE
Parete cellulare:
- Involucro rigido che circonda la membrana plasmatica (no micobatteri)
- Conferisce rigidità (ospite è iposmolare)
- Conferisce protezione meccanica
- Conferisce forma
- Contribuisce a specificità antigenica à contiene proteine che funzionano come antigeni: permette di fare diagnosi e di classificare i batteri secondo un riconoscimento anticorpale.
- Attività pirogenica à innalzare TC
- Interferisce con fagocitosi à cioè con meccanismi fagocitici del nostro sistema immunitario: blocca la fusione della membrana per la formazione dell’endosoma
- Consente suddivisione in Gram+^ e Gram -^ à per capire se è un negativo o un positivo, utilizzo colorazione di Gram: differenza tra uno e l’altro è lo spessore del peptidoglicano.
6.1 Gram positivi e Gram negativi
Batteri classificati in Gram+ e Gram- in base allo spessore del peptidoglicano (sempre presente, tranne micobatteri):
- Gram+ à peptidoglicano + spesso (trattiene cristalvioletto)
- Gram- à peptidoglicano – spesso (non trattiene colorante) componenti varie:
- membrana plasmatica
- Periplasma à presente in entrambi = zona tra membrana plasmatica e membrana esterna al peptidoglicano
- Peptidoglicano: o Nei Gram - à spesso circa quanto membrana plasmatica; in più hanno membrana esterna costituita da lipopolisaccaride (LPS) o Nei Gram + à più spesso; in più hanno acido lipoteicoico e acido teicoico.
6.2 Colorazione di Gram
Fasi colorazione Gram:
- Fase 1 à colorazione con cristalvioletto: colorante viene assorbito
- Fase 2 à fissaggio colorante con soluzione iodio-iodurata
- Fase 3 à decolorazione à rimosso cristalvioletto che non si è legato. àDopo queste fasi vedo bene solo gram+.
- Fase 4 à utilizzato altro colorante, rosso safranina à posso vedere sia gram+ (violetti) che gram- (rossi)
6.5 Parete cellulare nei micobatteri
Nei micobatteri, peptidoglicano quasi inesistente ma troviamo:
- Cere
- Glicolipidi
- Glicoproteine
- Acidi micolici. Per colorarli si deve considerare loro acido-resistenza à necessaria colorazione Ziehl-Neelsen, azzurrofuxia. Parete di cere conferisce:
- Resistenza ad antibiotici e disinfettanti
- Resistenza a fagocitosi da parte del nostro sistema immunitario.
7 LA CAPSULA
La capsula si trova all’esterno della parete cellulare ma non è presente in tutti i batteri: non tutti batteri in grado di formarla, e anche se in grado non è detto che lo facciano à prodotta solo se necessario in base a caratteristiche ambientali e fattori genetici, perché richiede energia (sarebbe spreco di energie se non necessaria). Caratteristiche:
- Detta glicocalice o strato mucoso
- Conferisce immunogenicità e variabilità antigenetica
- Conferisce protezione
- Conferisce resistenza a fagocitosi
- Importante per adesione
- Fattore di virulenza à aumenta capacità di proliferazione e diffusione. Divisa in 3 strati:
- Strato S à filtro molecolare
- Capsula propriamente detta (peptidi): o Evita essicamento o Favorisce adesione cellula-cellula e cellula-substrato o Riserva di polisaccaridi se necessario o Virulenza à elude fagocigtosi o Riduce attrito à scivolamento
- Strato mucoso à cattura antibiotici per evitare che entrino nella cellula.
8 FIMBRIE O FLAGELLI
Batteri possono avere specializzazioni:
- Fimbrie à + corte e + numerose
- Flagelli à + lunghi e – numerosi. à struttura di essi è uguale e si muovono grazie ad ATP. A seconda di posizione dei flagelli, batteri suddividibili in:
- Monotrichi
- Lofotrichi
- Anfitrichi
- Peritrichi
9 BIOFILM
Biofilm = biopellicola che funge da coperta che protegge batteri: copre, protegge e mantiene le sostanze nutritive. All’interno del biofilm i batteri si riproducono, non sono colpiti da antibiotici e non sono intercettati da sistema immunitario dell’ospite. à riproduzione può continuare anche per mesi/anni senza che insorgano febbre o arrossamento. Questo processo dura finchè non si raggiunge una quantità elevata di batteri che causano l’esplosione del biofilm portando spesso a setticemia del pz. Generalmente si crea quando nel pz viene inserito corpo estraneo (es protesi, cateteri ecc) à importantissima sterilità. Tipologie biofilm:
- Polisaccaridi
- Acidi nucleici
- fibrine caratteristiche in sintesi:
- biopellicola , slime, microfouling
- aggregato di microrganismi racchiusi in matrice protettiva e adesiva
- adesione a corpi estranei
- colonizzazione
- danno cellulare più o meno localizzato
- produzione sostanze tossiche
- induce reazioni infiammatorie, allergiche e fibrotiche
- causa danni temporanei o permanenti.
