Metabolismo e crescita batterica

In base alla fonte di carbonio utilizzato per la crescita: METABOLISMO I batteri per la crescita hanno bisogno di una sorgente di carbonio e azoto, una sorgente di energia, acqua e vari ioni I batteri patogeni ricavano energia dal metabolismo di zuccheri, grassi e proteine In base alla fonte di carbonio utilizzato per la crescita: * autotrofi: utilizzano solo carbonio inorganico (CO2) * eterotrofi: utilizzano carbonio di composti organici

Catabolismo da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

Richieste batteriche per la crescita ossigeno (presente o assente) energia nutrienti temperatura ottimale pH ottimale carbonio azoto fosforo solfo ioni metallici (Fe)

METABOLISMO Aerobi obbligati: crescita solo in presenza di ossigeno, e.g., Mycobacterium tuberculosis Anaerobi obbligati: crescita solo in completa assenza di ossigeno, e.g., Clostridium tetani Anaerobi facoltativi: la maggior parte dei batteri possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno

Metabolismo batterico La membrana cellulare è sede di processi biosintetici (sintesi peptidoglicano), degli enzimi e dei vettori della catena respiratoria e dei processi di fosforilazione ossidativa Metabolismo batterico

Aerobic Respiration = Glycolysis + Krebs Cycle/oxidative phosphorylation Pyruvate to CO2 NAD to NADH glycolysis Krebs cycle Oxidative phosphorylation NADH to NAD ADP to ATP

Anaerobic Respiration = Glycolysis + Fermentation

Alcol (etanolo), vari acidi (acido lattico) e gas NAD NADH Pyruvate Short chain alcohols, fatty acids (C3) (C2-C4) Alcol (etanolo), vari acidi (acido lattico) e gas Fermentation

Obligate aerobes no fermentation oxidative phosphorylation grow in presence of oxygen no fermentation oxidative phosphorylation

Obligate anaerobes no oxidative phosphorylation fermentation killed by oxygen lack certain enzymes superoxide dismutase O2-+2H+ to H2O2 catalase H2O2 to H20 + O2 peroxidase H2O2 to H20 /NAD to NADH)

Facultative anaerobes fermentation aerobic respiration survive in oxygen

Optimal growth temperature Mesophiles: human body temperature pathogens opportunists psychrophile close to freezing thermophile close to boiling

pH Many grow best at neutral pH Some can survive/grow: - acid - alkali

Duplicazione DNA (semiconservativo) OriC =origine di replicazione; elicasi =apre la doppia catena; primasi =sintetizza i primers; Dna polimerasi DNA dipendente da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

mesosoma Divisione della cellula batterica da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

Bersaglio dei fluorochinoloni (ciprofloxacina, norfoloxacina) topoisomerasi Bersaglio dei fluorochinoloni (ciprofloxacina, norfoloxacina) DNA batterico

La sintesi proteica è il bersaglio della seconda più vasta classe di antibiotici Amminoglicosidi (streptomicina, gentamicina) = legano le proteine del ribosoma 30S Tetracicline = impediscono l’ elongazione del polipeptide a livello del ribosoma 30S Macrolidi (eritromicina) = impediscono l’ elongazione del polipeptide a livello del ribosoma 50S

1 2 3 4 Operone del lattosio

Operone del triptofano

Fase di latenza. lag: le cellule aumentano di volume ma non di numero: i batteri si adattano al nuovo ambiente. Fase esponenziale o logaritmica, log: i batteri si moltiplicano con un tempo di duplicazione che dipende dal ceppo e dall’ambiente Fase stazionaria, stat: i batteri smettono di crescere per la mancanza di metaboliti e l’accumulo di sostanze tossiche. Fase di morte cellulare, death: la fase di declino o morte cellulare è una funzione esponenziale e si manifesta come riduzione lineare del numero di cellule vitale nel tempo. Il tasso di mortalità aumenta fino a raggiungere un livello costante. .

Generation time Tempo necessario per la duplicazione della massa batterica Esempio 100 batteri presenti al tempo 0 e se il tempo di generazione e’ di 2 hr dopo 8 hr la massa = 100 x 24

(Nt): the number of bacteria in a population at a given time Nt = No X 2n (Nt): the number of bacteria in a population at a given time (No) : the original number of bacterial cells in the population (n) :the number of divisions those bacteria have undergone during that time For example, Escherichia coli, under optimum conditions, has a generation time of 20 minutes. If one started with only 10 E. coli (No = 10) and allowed them to grow for 12 hours (n = 36; with a generation time of 20 minutes they would divide 3 times in one hour and 36 times in 12 hours), then plugging the numbers in the formula, the number of bacteria after 12 hours (Nt) would be 10 x 236 = Nt = 687.194.767.360 E. coli

Generation time For many common bacteria, the generation time is quite short, 20-60 minutes under optimum conditions. For most common pathogens in the body, the generation time is probably closer to 5-10 hrs