METABOLISMO (trasformazioni biochimiche) ESIGENZE NUTRIZIONALI DI BASE: C, N, H2O, ioni (Fe), fonti di C: - autotrofi: utilizzo C inorganico CO2 come unica fonte di C - eterotrofi: utilizzo composti organici preformati (batteri patogeni) - auxotrofi: esigenze specifiche ENERGIA: (utilizzo legami alto livello energia: ATP  ADP): - fotosintetici (luce) - chemiosintetici (chimica): a) litotrofi b) organotrofi (patogeni)

METABOLISMO (trasformazioni biochimiche) SINTESI MACROMOLECOLE BATTERICHE DNA: cromosoma- (plasmidi); replicazione semiconservativa; DNA-polimerasi e topoisomerasi (II=girasi). RNA: mRNA, rRNA, tRNA, RNA-polimerasi, RNA-messaggeri policistronici, sintesi nel citoplasma e legame ai ribosomi  polisomi. Proteine: meccanismi di controllo per sintesi proteine necessarie: - enzimi di costituzione - enzimi inducibili o di adattamento Peptidoglicano: sintesi precursori iniziali in citoplasma  trasporto attraverso membrana citoplasmatica  inserimento nella parete cellulare

Riproduzione batterica: scissione semplice - duplicazione cromosoma, - 2 nuovi cromosomi ancorati separatamente alla membrana (zona specializzata) - accrescimento membrane batteriche - allungamento cellula batterica nella zona centrale - allontanamento dei 2 cromosomi - approfondimento centripeto del setto (membrana e poi parete cellulare) - separazione 2 cellule figlie

Fattori ambientali favorenti la vita e la moltiplicazione batterica temperatura: mesofili (patogeni), optimum 37°C (20-45°) termofili (45-75°), psicrofili (15-20°); pressione osmotica: - in soluzioni ipertoniche → plasmolisi (perdita H2O, raggrinzimento membrana) - in soluzioni ipotoniche: scoppio cellula, protoplasti e sferoplasti - concentrazione di sali : NaCl 0,85% alofili 7-8% - pH: patogeni neutrofili 6-8 (4-9) - umidità - O2: aerobi, anaerobi

Coltivazione batteri terreni o mezzi di coltura : liquidi, brodo (0,5% peptoni, 0,3% estratto carne, NaCl, tampone fosfato pH~7) solidi (+ agar 1,5%) complessi o arricchiti selettivi per isolamento differenziali o indicatori - sterilità; - temperatura incubazione (36-37°C); - O2 aerobi ; + CO2; N anaerobi.

Tipi di terreno Terreni comuni (agar comune) Terreni arricchiti (agar sangue, agar cioccolato) Terreni selettivi (con antisettici o antibiotici) Terreni differenziali (permettono di evidenziare particolari caratteristiche metaboliche)

Terreni differenziali

Terreni differenziali TEST DELLA CASEASI E. coli (lattosio +) e S. enteritidis (lattosio -) su terreno di Hektoen

Staphylococcus aureus ed epidermidis su MSA

Terreni liquidi (brodi)

Caratteristiche metaboliche Batteri aerobi: crescono in presenza di ossigeno Batteri anaerobi: muoiono in presenza di ossigeno Batteri microaerofili: crescono meglio con poco ossigeno e il 5% di CO2

Curva di crescita batterica

SPORE Bacillus - Clostridium STRUTTURA caratteri funzionali: - poca H2O (libera) - attività enzimatiche scarse o assenti - consumo O2 scarso o assente - assenza di sintesi macromolecolari - resistenza a penetrazione di sostanze (impermeabilità, proteine solforate, coat) - resistenza al calore (dipicolinato Ca, cortex) - presenza di antigeni = forma vegetativa + antigeni letargo metabolico termoresistenza Differenziamento: adattamento a seguito di esaurimento nutrienti o accumulo di cataboliti

La resistenza delle spore è dovuta: alla presenza di una parete esterna (tunica) particolarmente spessa e impermeabile alla mancanza di acqua libera alla presenza di acido dipicolinico che stabilizzando i ponti disolfuro impedisce la denaturazione delle proteine

Batteri sporigeni Clostridi (anaerobi)

Bacillus anthracis (aerobio) Batteri sporigeni Bacillus anthracis (aerobio)

Sporulazione: Differenziamento dalla cellula batterica in fase vegetativa alla spora: 6-10 ore

Germinazione: spora  cellula batterica (fase vegetativa): 1-2 ore - condizioni ambientali favorevoli - terreno colturale nuovo

Fattori di virulenza batterica: capacità di moltiplicazione in vivo ADESIVITA’: - adesine (fimbrie,...); SOPRAVVIVENZA: - fattori antifagocitari (capsula,proteine) - sostanze solubili, enzimi (coagulasi, proteasi,...) DIFFUSIONE: - enzimi (ialuronidasi, emolisine,...), - plasmidi virulenza (tossine), invasività

PRODUZIONE TOSSINE: - tossiche per ospite, - specifiche, - (plasmidi, fagi temperati) # esotossine: proteine: - Gram-positivi, tetanica, botulinica - enterotossine # endotossine: LPS Gram-negativi, effetto pirogeno (LAL test) shock settico, ipotensione attivazione macrofagi CID, iperglicemia, aborto, necrosi tumorale,….

Tossine batteriche Esotossine Endotossine Sono proteine secrete dalla cellula batterica Sono quasi tutte termolabili I geni relativi possono essere sul cromosoma, su plasmidi o su profagi Hanno attività biologiche specifiche Endotossine Sono costituite dal lipopolisaccaride presente sulla membrana esterna dei batteri Gram-negativi Sono termostabili I geni relativi sono sempre sul cromosoma Sono pirogene

Esotossine Sono proteine secrete dalla cellula batterica Hanno attività biologiche specifiche Sono quasi tutte termolabili I geni relativi possono essere sul cromosoma, ma più spesso su plasmidi o profagi

Kit per determinare la presenza di tossina di C. difficile nelle feci

Test di immuno- precipitazione Test di Elek-Frobisher per la ricerca della tossina difterica

Ricerca dell’endotossina (LPS) mediante LAL-test Il Limulus Amoebocyte Lysate test ha sostituito la prova di pirogenicità nel coniglio (molto più sensibile)

Effetti dell’endotossina Si lega a recettori specifici presenti su macrofagi e linfociti B stimolando la produzione delle citochine della risposta di fase acuta (IL-6, TNF) Febbre (effetto pirogeno) Leucopenia e poi leucocitosi (>12.000/mmc) Attivazione della via alternativa del complemento Ipotensione Ipoglicemia (occhio ai diabetici !!!) Formazione di petecchie Trombocitopenia Coagulazione intravasale disseminata Shock settico Morte