Batteri e Virus.

Presentazione sul tema: "Batteri e Virus."— Transcript della presentazione:

1 Batteri e Virus

2 M E T A Z O I La pluricellularità ha portato ad un alto grado di differenziamento cellulare L’analisi comparativa di sequenze di DNA indica una notevole divergenza tra eubatteri e archei, paragonabile alla divergenza esistente tra procarioti ed eucarioti. Progenitore comune Organismi unicellulari con alto grado di complessità anatomica, di comportamento e di adattamento ambientale

3 Cellule procariotiche
Cellula eucariotiche Tutti gli esseri viventi sono costituiti da una o più cellule. Ogni cellula deriva dalla divisione di una cellula preesistente e tutte le cellule si moltiplicano per divisione binaria o mitosi

4 Elementi comuni: l’informazione genetica è racchiusa nel DNA e trascritta sotto forma di molecole di RNA, che nelle sue tre forme (mRNA, tRNA e rRNA) serve per la sintesi di proteine - Utilizzo di processi metabolici comuni per acquisire energia dal mondo esterno e trasformarla in energia chimica biologicamente utilizzabile, sotto forma di ATP o altre molecole simili contenti legami fosfato altamente energetici.

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6 I batteri Organismi unicellulari di piccole dimensioni (1-10mm), possono associarsi in filamenti o formare piccoli ammassi di cellule Il genoma varia da 0,5 a 5 milioni di coppie di basi ed è in grado di codificare tra 1000 a 4000 proteine differenti I batteri sono piccoli e si riproducono rapidamente dividendosi in due. La popolazione batterica evolve in fretta e aquisisce rapidamente la capaità di utilizzare una nuova fonte di sostentamento o di resistenza agli effetti letali di un nuovo antibiotico

7 I batteri Le principali strutture dei batteri sono: Parete cellulare
Membrana plasmatica Ribosomi Inclusioni citoplasmatiche (materiale di riserva fatto di composti a base di carbonio, azoto, zolfo o fosforo)

8 La parete cellulare Gram+ Gram-
La parete cellulare è una struttura che circonda la cellula all’esterno della membrana plasmatica Composta principalmente peptidoglicano Mantenimento della forma Conferimento della forza meccanica Controllo dell’espansione Gram+ Gram-

9 Colorazione di Gram La colorazione di Gram è il più importante metodo di colorazione batterica differenziale, definita così perché non colora in maniera uguale tutti i tipi di cellule. Il preparato contenente i batteri viene trattato con: cristalvioletto mordenzatore (soluzione di iodio e ioduro di potassio in acqua) una sostanza che permetta al colorante di legarsi in maniera stabile al substrato decolorante (alcol etilico o acetone) colorante che può essere la fuxina o la sufranina di decoloranti.

10 Gram-positivi: i batteri appaiono colorati in violetto perché il decolorante non è riuscito a rimuovere il complesso cristalvioletto-iodio da queste cellule Gram-negativi: i batteri sono decolorati e pertanto assumono la colorazione del secondo colorante utilizzato, quindi appaiono rossi L’idrofobicità della parete cellulare è alla base della caratteristica Gram-positività: mentre il cristalvioletto e lo iodio veicolato dalla soluzione di Lugol riescono a penetrare nella cellula attraversando la parete cellulare grazie alla loro idrofilia, il complesso colorante-iodio che si forma all’interno della cellula assume caratteristiche idrofobiche che non gli consentono di riattraversare la parete cellulare per essere estratto dalla cellula anche in presenza di decoloranti.

11 Parete cellulare: differenza tra Gram positivi e Gram negativi
I batteri Parete cellulare: differenza tra Gram positivi e Gram negativi Strato rigido formato da peptidoglicano sottile lamina costituita da due derivati polisaccaridici e da un gruppo di amminoacidi assemblati a formare unità di ripetizione, il glican-tetrapeptide Il peptido glicano rappresente solo il 10% della parete, Il peptidoglicano rappresente fino al 90% del materiale di parete Lo strato esterno (lipopolisaccaride) è costituito da lipopolisaccaride contenete fosfolipidi, polisaccaridi e proteine Complesso lipoproteico svolge funzioni di ancoraggio tra membrane esterna e peptidoglicano Proprietà biologica: tossicità per gli animali

12 La membrana plasmatica o membrana cellulare
I batteri La membrana plasmatica o membrana cellulare La membrana plasmatica è una barriera selettiva costituita da lipidi nei quali sono inglobate alcune proteine

13 Forma dei batteri Cocchi, diplococchi, sarcine,
Strutture tridimensionali o agglomerati Cocchi, diplococchi, sarcine, streptococchi, stafilococchi Forma sferica Formazione lunghe catene

14 Bacilli, vibrioni, spirilli
Forma dei batteri Bacilli, vibrioni, spirilli Forma bastoncellare

15 Alcuni procarioti dispongono di complessi sistemi di membrane interne
Membrane fotosintetiche b) mesosomi che contengono enzimi coinvolti nei processi respiratori

16 Le cellule procariotiche
Le cellule procariotiche non possiedono un nucleo L’informazione genetica (aploide) è racchiusa in un’unica molecola, cromosoma batterico che si aggrega a formare il Nucleoide

17 Le cellule procariotiche
Nel citoplasma troviamo i ribosomi (organelli per la sintesi proteica) e plasmidi (pezzi di DNA indipendenti) L’assenza di membrana nucleare fa sì che una molecola di mRNA venga tradotta nella proteina corrispondente mentre procede ancora la sua trasrizione

18 Strutture accessorie dei batteri
Fimbrie o pili Permettono ai microorganismi di aderire a superfici inerti o di formare pellicole o strati sulla superficie di sostanze liquide -sono coinvolti nel processo di coniugazione batterica meccanismo di trasferimento genetico adesione coniugazione

19 Strutture accessorie dei batteri
Flagelli appendici cellulari lunghe e sottili libere ad un’estremità costituiti da una singola proteina la flagellina.il flagello batterico è una struttura rigida ed elicoidale, che si inserisce alla base della cellula e ruota a spese del gradiente di protoni determinando il movimento cellulare flagellina

20 Le appendici delle cellule procariotiche

21 VIRUS CARATTERISTICHE PECULIARI 1890 Iwanosky e Beijerinck
Estratto ottenuto da piante di tabacco affette da malattia “del mosaico” – agente infettivo filtrabile Struttura dei virus Microscopia elettronica CARATTERISTICHE PECULIARI Entità infettive contenenti acido nucleico (DNA o RNA, mai tutti e due), che ne costituisce il genoma e che si replica all’interno di cellule viventi. Utilizzano l’apparato biosintetico della cellula per dirigere la sintesi di particelle virali (VIRIONI) I virioni NON crescono di dimensioni e NON si dividono. Vengono MONTATI per interazione di macromolecole - I virioni non hanno metabolismo, nè sistemi enzimatici per la produzione di energia - Il genoma non codifica RNA ribosomali

22 STRUTTURA DEI VIRIONI -Acido nucleico (sempre presente) -Capside
-Involucro membranoso (presente in alcuni virus animali) Il virione è metabolicamente inerte e non esplica funzioni respiratorie e biosintetiche. Il processo attraverso cui un genoma virale si introduce e si replica in una cellula viene chiamato infezione La cellula in cui un virus può penetrare e riprodursi viene detta ospite Il virus riprogramma quelle componenti metaboliche e biosintatiche preesistenti nell’ospite, che sono necessarie per la sua replicazione

23 Acidi nucleici - DNA o RNA A doppio o singolo filamento
Lineare o circolare che può propagarsi da un ospite ad un altro Intero o segmentato Virus influenza: 8 segmenti di RNA a singolo filamento Retrovirus: 2 molecole di RNA a singolo filamento (diploide) Dimensione variabile basi (5-50% peso del nucleocapside) -Geni sovrapposti -cornici di lettura sovrapposte -geni più piccoli contenuti in geni più grandi

24 Acidi nucleici RNA a doppio filamento

25 STRUTTURA DEI VIRIONI -Acido nucleico
-Capside molecole proteine organizzate in maniera precisa e molto ripetitiva intorno all’acido nucleico Assumono conformazioni altamente simmetriche a) Icosaedrico (solido regolare a 20 facce triangolari) b) Tubulare (struttura elicoidale) c) Virioni a struttura complessa (i. senza un vero e proprio capside; ii. con capside non icosaedrico o tubulare, iii. con capside asimmetrico per la presenza di strutture accessorie come code, fibre etc.) -Involucro membranoso

26 Capside Struttura a forma sferica La geometria icosaedrica
rappresenta la disposizione più efficiente per le subunità di un capside, perchè utilizza il minor numero di capsomeri per costruire il rivestimento a) Virus del mosaico del tabacco b) adenovirus

27 Struttura del virus del mosaico del tabacco
Virus ad RNA con simmetria elicoidale in cui le subunità proteiche identiche sono disposte ad elica. La lunghezza dei virus elicoidali è determinata dalla lunghezza del genoma, mentre la larghezza dalla grandezza e dal grado di impacchettamento delle subunità proteiche

28 Virus a struttura complessa
Virioni composti da diverse parti distinte ciascuna con la sua configurazione e simmetria Testa icosaedriche Batteriofago lambda T4 Coda elicoidale Con fibre caudali

29 Infezione dell’ospite
Adsorbimento del fago T4 alla parete cellulare di E.Coli Attacco delle lunghe fibre caudali alla parete cellulare Contatto fra la parete cellulare e la punta della coda L’azione di un enzima lisozimico permette la formazione di un foro Contrazione della guaina e iniezione del DNA

30 STRUTTURA DEI VIRIONI -Acido nucleico -Capside
-Involucro membranoso doppio strato lipidico contenente glicoproteine Caratteristico di alcuni virus animali. Proviene dalla membrana plasmatica o da altre membrane della cellula ospite (RE, Nucleo, Golgi) modificate con proteine virali (dette spine). Esempio: virus dell’influenza. -HA=spina di emoagglutinina per l’attacco del virione alla superficie della cellula ospite -NA= spine di neuroaminidasi per la liberazione dei nuovi virioni dalla cellula ospite

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32 Virus dell’influenza Caratteri generali
Virioni: Sferici, oppure filamentosi (pleomorfici) Involucro: Lipidico, contiene 2 glicoproteine HAe NA con uno strato costituito di 2 proteine matrice M1eM2 Genoma: RNA a polarità negativa a unico filamento segmentato(8 segmenti in A e B, 7 in C) Core: Nucleoproteina associata ad ogni filamento di RNA formando i ribonucleoproteine (RNPs) Simmetria: Elicoidale Replicazione: Nucleare Virus dell’influenza

33 Enzimi dei virus: -DNA polierasi RNA dipendente, retrotrascrive l’informazione genetica dell’RNA genomico in un intermedio ad RNA -neuroaminidasi, rompe I legami glicosidici delle glicoproteine e dei glicolipidi del tessuto connettivo aiutando la liberazione della progenie virale. -lisozima, enzima che produce un foro nella parete batterica

34 Classificazione dei virus
Generalmente un virus può infettare un numero ristretto di tipi cellulari; ciò fornisce una base per classificarli in: Virus batterici (batteriofagi), Virus animali e Virus vegetali -Alcuni virus però possono infettare sia piante sia insetti che si cibano di esse (Esempio: un virus della patata infetta anche locuste che si nutrono delle foglie della pianta di patata) -Alcuni virus animali possiedono una specificità ampia (esempio: virus della stomatite vescicolare che infetta insetti e molti tipi di cellule di mammifero) -La maggior parte dei virus, però, sono specifici per phyla -Alcuni virus sono estremamente specifici e infettano solo poche specie o addirittura solo alcuni tipi cellulari

35 Classificazione dei virus animali

36 Esempi di virus animali
Osservazioni: I virus variano molto sia per dimensioni che per forma e non tutti i virus hanno l’involucro esterno

37 Caratteristiche generali della replicazione dei virus
I vari aspetti del processo di replicazione di un virus possono essere suddivisi in sette fasi: Attacco (adsorbimento) del virione ad una cellula ospite sensibile Penetrazione (iniezione) del virione o del suo genoma all’interno della cellula Fasi replicative precoci del genoma virale, in cui il macchinario biosintetico della cellula ospite è modificato, come preludio alla sintesi di acidi nucleici virali e vengono sintetizzati enzimi virus-specifici Replicazione del genoma virale Sintesi delle subunità proteiche Assemblaggio delle subunità proteiche del capside virale Assemblaggio delle subunità proteiche e impacchettamento del genoma nelle nuove particelle virali Rilascio di virioni maturi dalla cellula (lisi)

38 Ciclo litico di un batteriofago

39 Ciclo litico e ciclo lisogeno
I virus temperati possono entrare in uno stato, detto di lisogenia, nel quale non viene espressa la maggior parte dei geni fagici, e il genoma virale si replica in sintonia con il cromosoma dell’ospite

40 Lisi o lisogenia? Il genoma di lambda contiene due gruppi di geni, uno per il controllo della crescita litica e l’altro per il controllo della lisogenia La competizione fra questi prodotti genici precoci e l’influenza di fattori dell’ospite determina quale di queste vie avrà sucesso Dipende dallo stato nutrizionale della cellula ospite. I geni fagici sono mantenuti stabilmente nello stato lisogenio finchè non avviene un cambiamento per il quale passano, con grande efficienza, in un secondo stato in cui si verifia la crescita litica

41 Ciclo di un virus animale
Adsorbimento del virus alla cellula Recettori specificità Ingresso nella cellula - Inglobamento del virione (fagocitosi o endocitosi) - Fusione dell’involucro virale con la membrana cellulare Liberazione dell’acido nucleico -citoplasma -nucleo Trascrizione del genoma virale Traduzione -Poliproteine Proteine virali 6. Replicazione dell’acido nucleico 7. Assemblaggio nuovi virioni 8. Liberazione delle particelle virali - Lisi cellulare (virus senza involucro) - Gemmazione (virus con involucro) - Esocitosi (virus con involucro)

42 Ciclo di un virus animale a DNA

43 Gemmazione dei virus animali
Proteine virali dell’involucro attraversano la membrana e si legano a proteine del capside Nel caso di virus con involucro il rilascio di virioni, che avviene con un processo di gemmazione, può essere lento e la cellula può non essere lisata, rimanere viva e continuare a produrre virus per un lungo periodo di tempo

44 Gemmazione dei virus animali
Acquisizione dell’involucro tramite gemmazione Gemmazione del virus del morbillo

45 I retrovirus sono virus a RNA che si replicano a DNA
Ciclo di un retrovirus I retrovirus sono virus a RNA che si replicano a DNA Genoma diploide:due molecole di RNA a singolo filamento tenute insieme da legami idrogeno per mezzo di specifiche molecole di tRNA Processi di replicazione di un retrovirus: Ingresso nella cellula Retrotrascrizione di una delle due subunità genomiche di RNA in un DNA a singolo filamento, che è succccessivamente convertito in un DNA lineare a doppio filamento, per mezzo della trascrittasi inversa Integrazione della copia a DNA nel genoma dell’ospite Trascrizione del DNA virale, che porta alla formazione degli mRNA virali e dell’RNA genomico virale Incapsidazione dell’RNA virale in nucleocapsidi nel citoplasma Gemmazione dei virioni rivestiti attraverso membrana citoplasmatica e rilascio dalla cellula

46 Ciclo di un retrovirus

47 CANCEROGENESI VIRALE All'inizio degli anni '60 i virologi hanno dimostrato che: – Il fenotipo tumorale poteva essere conferito a cellule normali in coltura in seguito ad infezione con un virus (Dulbecco, 1963) – Questi virus erano capaci di integrarsi nel genoma cellulare tramite la trascrittasi inversa (Temin; Baltimora, 1970)

48 Virus tumorali (oncogeni)
I virus che possiedono la caratteristica di indurre alterazioni dei normali processi omeostaci del ritmo proliferativo cellulare, vengono definiti virus oncogeni, a loro volta distinti in virus oncogeni con genoma a DNA e virus oncogeni a RNA - Alcuni tumori sono associati all’infezione da parte di virus oncogeni - Infatti alcuni virus contengono oncogeni, un gene che potenzialmente trasforma le cellule normali in cellule cancerose • Quando l’oncogene è trasmesso da virus: ONCOGENE VIRALE

49 Come si definisce un virus tumorale
Come si definisce un virus tumorale? • Presenza di parte del genoma virale nei tumori ed espressione di alcuni geni virali. • L’infezione di cellule in vitro porta alla trasformazione Saggi di tumorigenicita’: • Crescita in basso siero (ridotta richiesta di fattori di crescita) • Crescita in soft agar (crescita indipendente da ancoraggio) •Identificazione dei geni virali che trasformano le cellule in coltura • l’infezione in un modello animale induce tumore – non possibile nell’ uomo – la vaccinazione previene l’insorgenza del tumore

50 VIRUS ONCOGENI • virus oncogeni a RNA (retrovirus) – retrovirus: carcinogenesi rapida carcinogenesi lenta • virus oncogeni a DNA (oncoDNAvirus) – hepadnavirus – papovavirus – adenovirus – herpesvirus – poxvirus

51 Trasformazione neoplastica
Virus tumorali a DNA Cellule permissive: replicano il virus e subiscono l’effetto citopatogeno, in conseguenza del quale esse muoiono nel momento in cui rilasciano i virioni > esse non diventano cellule tumorali Cellule non permissive: non replicano il virus infettante e subiscono la trasformazione neoplastica in quanto si verificano alcuni eventi molecolari atti a determinare il fenotipo tumorale (mutagenesi inserzionale) In una piccola percentuale di queste cellule il cromosoma virale si integra nel genoma dove viene replicato insieme al genoma della cellula ospite o forma un plasmide che si replica in maniera controllata. Cambiamenti genetici nella cellula ospite Trasformazione neoplastica

52 VIRUS ONCOGENI A DNA La trasformazione si verifica in assenza di moltiplicazione virale in cellule non-permissive e si realizza sempre attraverso l'integrazione del virus nel genoma della cellula ospite • L'integrazione avviene a caso e la probabilità che dia trasformazione è molto bassa VIRUS ONCOGENI A DNA • Il virus dell’epatite B (HBV) ed epative C (HCV) agenti eziologico della epatite B che culmina frequentemente con la comparsa del carcinoma epatico (questo tumore consegue anche all’infezione indotta da un altro virus epatotropo con genoma ad RNA, il virus dell’epatite C) • Il virus di Epstein-Barr (EBV) associato alla comparsa del Linfoma di Burkitt, oltre che agente eziologico della mononucleosi infettiva • I papilloma virus umani (HPV) di cui diversi ceppi sono associati a carcinomi della regione genitale

53 Virus tumorali a DNA Esempi: Papovavirus: SV40 e Polioma
Questi virus producono proteine che stimolano le cellule a proliferare (da G0 a S). Nella fase S sono abbondanti tutti quei reagenti (enzimi di replicazione, nucleotidi, amminoacidi, etc.) necessari al virus per replicarsi.

54 Virus tumorali a RNA Come portano ad una alterazione genetica permanente? Trascrittasi inversa e integrasi Retrovirus!

55 VIRUS ONCOGENI AD RNA • I retrovirus sono così chiamati perché nel genoma è presente un gene (pol) che codifica per l’enzima virale trascrittasi inversa (reverse transcriptase, RT) che, una volta avvenuta la penetrazione del virus all’interno della cellula, trasforma l’RNA del genoma virale in DNA, che viene incorporato nel genoma cellulare • Trasformanti acuti > rapida comparsa dei tumori, trasformazione neoplastica di cellule normali in coltura e sono portatori di oncogeni • Trasformanti lenti > sono privi di oncogeni, lungo periodo di incubazione e non sono capaci di indurre trasformazione neoplastica di cellule normali in coltura • I retrovirus oncogeni responsabili di carcinogenesi rapida provocano delle vere e proprie forme acute di tumore (soprattutto sarcomi) che si manifestano nel giro di pochi giorni • Il virus del sarcoma di pollo scoperto da Rous nel 1911 è il più rapido dei virus oncogeni: i fibroblasti in coltura acquistano il fenotipo trasformato dopo 24 ore dall'infezione • i tumori da essi provocati sono di origine policlonale

56 VIRUS ONCOGENI AD RNA • I retrovirus oncogeni responsabili di carcinogenesi lenta provocano tumore solo dopo settimane o mesi (anni nel caso di retrovirus umani) dall'infezione • I tumori da essi provocati sono di origine monoclonale • HTLV-1 e HTLV-2 = human T cell leukemia virus sono associati alla comparsa nell’uomo di una particolare forma di leucemia a cellule T e di linfomi • I retrovirus HIV-1 e HIV-2 (agenti eziologici della sindrome da immunodeficienza acquisita) non sono considerati virus oncogeni; essi però causando uno stato di grave immunodeficienza, favoriscono la comparsa di tumori (kaposi’s sarcoma) che sono definiti tumori opportunistici