Micro Insieme

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    30-Jul-2015

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<p>SECREZIONI BATTERICHELa secrezione nei Gram coinvolge il trasporto attraverso lenvelope cellulare che consiste di 2 membrane (IM e OM e il periplasma interposto). I Gram in particolare hanno sviluppato strategie per esportare substrati nello spazio EC o direttamente nella cellula ospite. Vi sono diversi tipi di secrezione:</p> <p>1. Secrezione di tipo I le proteine vengono secrete attraverso un macchinario semplice che attraversa interamente lenvelope.Il traslocone consiste di una ABC (ATPase-binding-cassette), di una proteina di fusione di membrana e di un poro che attraversa lOM. I substrati di questa pathway, come lalfa-emolisina, posseggono una sequenza allestremit C-terminale non clivata.</p> <p>La TSS1 viene utilizzata da:</p> <p>a) E. coli;b) Bordetella pertussis</p> <p>2. Secrezione di tipo II I substrati di tale secrezione contengono una normale sequenza segnale N-terminale che medialattraversamento della IM mediato dai trasloconi Sec o Tat. Le proteine si ripiegano nel periplasma prima di attraversare la OM, trasferimento che mediato da una struttura complessa definita secretone. Questo consiste di un poro conservato nellOM (la secretina) e una struttura pilus-like nella IM che potrebbe agire in qualit di pistone per spingere i substrati attraverso la secretina (poro dellOM). La biogenesi della secrezione di tipo II strettamente correlata a quella del pilo di tipo IV (omologia).</p> <p>La TSS2 viene utilizzata, per la secrezione di tossine da:</p> <p>a) P. aeruginosa;b) Vibrio cholerae</p> <p>3. Secrezione di tipo III caratterizzata dalla presenza dellingectisoma, che una struttura needle-like che forma un canaleil quale attraversa interamente lenvelope cellulare e si estende a prendere contatto con la cellula ospite. Larchittettura della struttura permette la diretta iniezione di fattori di virulenza dal citoplasma batterico allinterno della cellula ospite.</p> <p>Viene utilizzata principalmente da:</p> <p>a) Yersinia Pestis;b) Salmonella tiphymurium</p> <p>4. Secrezione di tipo IV trasporta substrati direttamente nella cellula ospite attraverso una complessa struttura transenvelope che culmina in una struttura fimbriale, il pilo, a livello della superficie cellulare batterica. Questo meccanismo pu trasportare DNA e proteine mediante un processo one o two-steps.</p> <p>Viene utilizzata principalmente da: a) Bordetella pertussis;</p> <p>b) H. pylori;</p> <p>c) Legionella (utilizza anche la secrezione di tipo VI)</p> <p>5. Secrezione di tipo V utilizza un semplice meccanismo two-step nel quale il traslocone Sec viene utilizzato per latraslocazione attraverso la IM. Un dominio beta-barrel (al centro del quale vi un canale idrofilico) che contiguo alla proteina secreta o espresso come entit separata necessario per la traslocazione attraverso la OM. detta anche secrezione AT, ed uno dei sistemi di secrezione pi distribuiti tra i batteri gram -. Le sue principali caratteristiche sono la semplicit di traslocazione attraverso la OM, dal momento che i suoi substrati possono mediare il loro proprio trasporto attraverso il doppio strato lipidico esterno. Le proteine secrete dalla pathway AT sono tipicamente fattori di virulenza con diversi ruoli nella patogenesi.</p> <p>6. Secrezione di tipo VI di recente scoperta. Il sistema richiesto per la secrezione di alcuni fattori di virulenza nel VibrioCholerae e nello Pseudomonas aeruginosa. I substrati vengono sintetizzati senza la sequenza segnale Sec-type allestremit N-terminale, sicch il macchinario di traslocazione Sec-indipendente o Tat-indipendente. Questo tipo di secrezione si caratterizza per la presenza di vescicole che si dipartono dalla OM.</p> <p>Quindi la secrezione di tipo VI si ritrova in: a) Vibrio cholerae;</p> <p>b) Salmonella enterica; c) Pseudomonas aeruginosa;</p> <p>d) Legionella pneumophila (utilizza anche la secrezione di tipo IV)</p> <p>7. Secrezione di tipo VII sembra che il Mycobacterium tubercolosis abbia sviluppato un nuovo e specializzato tipo disecrezione, per il trasporto di proteine EC attraverso la sua CW (cell wall) idrofobica e notevolmente impermeabile. Il genoma dei micobatteri codifica per 5 di questi sistemi di trasporto. Due di questi, ESX-1 e ESX-5 vengono coinvolti nella virulenza. I componenti di ESX-1 probabilmente formano una struttura multisubunit a livello dellenvelope cellulare molto simile a quella delle secrezioni di tipo I e di tipo IV. I batteri Gram secernono un ampio spettro di proteine le cui funzioni includono la biogenesi di organelli (quali pili e flagelli), lacquisizione di nutrienti, la virulenza e lefflusso di farmaci e di altre tossine. Il trasferimento di tali proteine a livello della superficie batterica coinvolge il trasporto attraverso lIM, il periplasma e lOM. Diverse pathways si sono evolute per la funzione secretiva. Queste pathways possono essere suddivise in 2 grandi gruppi:</p> <p>1) Pathway Sec-dipendente le proteine che sfruttano tale pathway utilizzano un macchinario comune, il traslocone SEC, peril trasporto attraverso la IM e si differenziano principalmente per il macchinario che media la secrezione attraverso lOM; la pathway Sec-dipendente raggruppa: Secrezione di tipo II; Secrezione di tipo V; I 2 partener secretori TPS e CU (chaperone usher);</p> <p>2) Pathway Sec-indipendente tende a permettere il passaggio diretto dal citoplasma allambiente EC in un singolo step e noncoinvolge mediatori periplasmici. Questa pathway include:</p> <p>T1S; T3S; T4S sempre Sec- indipendente; Tat un pathway Sec-indipendente alternativa che conosciuta come una traslocazione che sfrutta twinarginine; essa implicata nel trasporto di proteine, gi configurate e correttamente ripiegate, al periplasma.</p> <p>TPS Il sistema TPS condivide numerosi similiarit con la pathway AT. La pathay TPS notevolmente diffusa tra i Gram ed dedicata alla secrezione di numerose proteine con funzioni di virulenza. La sua peculiarit quella di coinvolgere una proteina accessoria per la traslocazione delle proteine attraverso lOM. Viene utilizzata da: a) Bordetella pertussis; b) H. influenzae CU La pathway CU dedicata allassemblaggio e alla secrezione di una superfamiglia di strutture di superficie associate alla virulenza batterica. Questa pathway assembla tipicamente fibre rod-like (simil-bastoncellari) chimati pili e fimbrie ma anche possono assemblare strutture capsule-like amorfe. Viene utilizzata da: a) E. coli uropatogeni</p> <p>SECREZIONE DI TIPO III Nella maggior parte le proteine batteriche vengono rilasciate nelle cellule ospiti da T3S. Lapparato di T3S consiste di 2 anelli che provvedono a un continuo flusso proteico attraverso la IM e la OM, incluso lo strato di PG. Lanello della IM il pi grande dei 2 anelli coassiale. Lanello della OM composto da proteien della famiglia delle secretine, che nota anche per essere coinvolta nella secrezione di tipo II. Una struttura needle-like sporge dalla superficie batterica ed associata allanello della OM. Batteri che sfruttano la T3S sono: E. coli (EPEC e EHEC); Shigella; Salmonella; Yersinia Pestis; Bordetella pertussis responsabile di malattia respiratoria, infezione del tratto urinario, setticemia ed endocardite; Chlamydia trachomatis ( un organismo a trasmissione sessuale); Chlamydia pneumoniae responsabile di malattia respiratoria, oltre che essere correlata al danno da aterosclerosi.</p> <p>Lingectisoma un nano-macchinario che si evoluto per il rilascio di proteine batteriche, attraverso la secrezione di tipo III. Esso consiste di una struttura basale, che rassomiglia alla struttura basale di un flagello, sormontata da un needle (spuntone) e un filamento (o un lungo pilo).</p> <p>SECREZIONE DI TIPO IV La secrezione di tipo 4 presente in tutti i plasmidi dei gram - negativi, questa secrezione, e quella di tipo 2ss, codificano una famiglia di proteine ATPasi che operano l'assemblaggio di filamenti exracellulari: pili flagelli e fagi filamentosi oppure nel trasporto di DNA dentro (trasformazione) e fuori da una cellula (coniugazione). La secrezione di tipo 4 si divide in due gruppi E ed F. La secrezione di tipo 4 multiforme, un macchinario di base che pu assumere almeno 3 meccanismi:</p> <p>1.</p> <p>Trasferimento diretto da battere a battere di nucleoproteine (DNA + proteine, con un meccanismo differente fra gram positivi e gram negativi). Trasferimento diretto del DNA. Trasferimento delle proteine (che abbiamo visto essere delle tossine)</p> <p>2. 3.</p> <p>In alcuni casi, la secrezione di tipo 4 permette il passaggio diretto di proteine da batteri a cellule eucariotiche, come nel caso della legionella pneumophila, tramite le quali modifica il vacuolo entro cui fagocitata dal macrofago .La secrezione di tipo 4 comprende al suo interno: a) Coniugazione;</p> <p>b) Sistema tot icm della Legionella pneumophila;</p> <p>c) Capacit di assumere o rilasciare DNA come in: Campylobacter; Hhelicobacter pylori;</p> <p> Neisseria gonorrhoeae.La parte pi importante dellattivit secretoria di tipo 4 quello di trasferire nelle cellule proteine (tossine) per conto di batteri intracellulari.Si ha dunque una componente ATPasica, una componente che costituisce il canale e una componente che costituisce il pilum (su modello dellagrobacterium tumefaciens).</p> <p>I modelli di riferimento quindi sono:</p> <p>1. 2. 3.</p> <p>Modello del canale (si suppone che si costituisca un vero e proprio canale) Meccanismo a pistone proteico (le proteine cambiano misura)</p> <p>Per quanto riguarda i pili si ha un sistema in cui parte delle proteine coinvolte costituiscono un sistema di competenza nei casi in cui si trasferisce solo DNA (verso linterno o verso lesterno).</p> <p>N.B. Per meccanismo di competenza si intende la capacit di una cellula batterica di compiere una determinata operazione.</p> <p>BATTERI CON SECREZIONE DI TIPO IV: a) Legionella pneumophila;</p> <p>b) Bordetella pertussis; c) Helicobacter pylori;</p> <p>d) Nessun gram + (eccetto gli enterococchi che posseggono meccanismo di coniugazione)MEMBRANE TARGETING Nei batteri, sia le proteine secrete che quelle di membrana vengono inzialmente sintetizzate nel citoplasma e successivamente dirette verso la IM per la traslocazione. Le proteine secretorie si legano allo chaperone SecB e poi vengono direzionate (targeted) verso SecA, che una ATPasi, probabilmente localizzata sulla superficie della membrana plasmatica. Molte proteine di membrana vengono direzionate alla membrana stessa attraverso la pathway SRP (signal-recognition particle). SRP si lega al sito di uscita del ribosoma. Il targeting delle proteine nascenti richiede GTP, e viene eseguito da parte di SRP dopo linterazione di SRP con il recettore FtsY. Dopo lidrolisi di GTP, SRP rilasciato da FtsY e la proteina di membrana nascente viene direzionata verso la traslocasi-Sec, per poter essere integrata nella membrana plasmatica. SRP un complesso di un RNA 4,5 S e di una GTPasi, che riconosce domini idrofobici transmembrana nelle proteine di membrana nascenti dal ribosoma.</p> <p>SECREZIONI GENERALI DEI BATTERI Sec</p> <p>Tat il meccanismo di twin arginine translocation, responsabile della traslocazione di proteine esportate che si ripiegano prima della traslocazione e che legano tipicamente cofattori metallici; le proteine vengono trasportate al periplasma;</p> <p>YidC (o Insertasi) inserisce proteine Sec-indipendenti nella membrana citoplasmatica. Inoltre assiste anche la Sec-pathway nellinserzione di proteine nella membrana. Ha una funzione principale nellassemblaggio di proteine che trasducono energia, infatti in assenza del sistema YidC meno ATP.</p> <p>Sortasi si ritrova principalmente nei gram +</p> <p>REGOLAZIONE E CONTROLLO DELLATTIVIT METABOLICAFORMAZIONE DI ENZIMI NEI BATTERI Le cellule batteriche possono cambiare il proprio pattern di enzimi, in modo da adattarsi allambiente specifico. Spesso la concentrazione di un enzima nella cellula batterica dipende dalla presenza del substrato per lenzima:</p> <p>Gli enzimi costitutivi sono sempre prodotto indipendentemente dalla composizione del mezzo nel quale la cellula cresce;</p> <p>Gli enzimi inducibili vengono prodotti dalle cellule in risposta a particolari substrati; ossia vengono prodotti soltanto quando ve ne il bisogno. Nel processo di induzione, il substrato provoca la formazione dellenzima, cos da essere chiamato induttore.</p> <p>Un enzima reprimibile un enzima la cui sintesi viene downregolata dalla presenza, ad esempio, del prodotto finale della pathway a cui lo stesso enzima normalmente partecipa. In questo caso, il prodotto finale definito corepressore e pu agire sul repressore attraverso un meccanismo di inibizione allosterica.</p> <p>REGOLAZIONE DELLE REAZIONI ENZIMATICHE Nelle cellule batteriche, le reazioni enzimatiche possono essere regolate in 2 modi:</p> <p>a) Inibizione a feed-back controllo della regolazione dellattivit enzimatica, che viene utilizzato in genere per laregolazione di pathway di biosintesi; definita anche end-product inihibition; tale inibizione regola lattivit di enzimi preesistenti.</p> <p>b) End-product repression controllo della sintesi enzimatica che agisce nella regolazione di pathway di biosintesi, maanche nellinduzione enzimatica e nella repressione catabolica. Tale regolazione modula la sintesi di enzimi (ancora da produrre). La repressione catabolica considerata un controllo positivo in quando determina un aumento nella trascrizione delle proteine.</p> <p>MECCANISMI DI GENETICA BATTERICAIl modo migliore per osservare il nucleo di un battere quello dellassunzione di colorazioni, normalmente ad alta risoluzione (come colorazione di Voigen, Giemsa), attraverso cui possono vedersi batteri in attiva replicazione. Al microscopio elettronico impossibile vedere un nucleo, a meno che non si usino determinati accorgimenti. Larrangiamento del DNA cromosomico nei batteri piuttosto caratteristico. Segmenti consecutivi di DNA cromosomico sono disposti in domini supercoiled, i quali costituiscono una formazione circolare. Nel Caulobacter crescentus, lorigine della replicazione localizzata a livello del polo flagellato, mentre il terminus della replicazione si localizza al polo opposto. Inoltre, le braccia sx e dx del cromosoma sono orientate in parallelo rispetto allasse longitudinale della cellula. In E. coli, invece, ori e ter (origine e termine) sono entrambi localizzati al centro della cellula. Esistono batteri con pi cromosomi:</p> <p>Le brucelle hanno 2 cromosomi; Le borrelie hanno cromosomi lineari e non circolari la borrelia burgdorferi la causa della malattia di Lyme</p> <p>Il cromosoma, per, in generale unico e circolare, ed ha una condensazione importante, significativa. Lorganizzazione del cromosoma, il quale nelle specie batteriche pi piccole ha poco meno di 1 MLN di basi, mentre nei batteri pi grandi raggiunge anche 7 MLN di basi, comprende la presenza di geni sono distinguibili per la differenza in composizione di basi. Gli operoni sono organizzazione di geni sotto un unico promotore, in quanto gli operoni batterici sono policistronici. Il cromosoma batterico tipicamente contiene una singola origine di replicazione definita oriC. In E....</p>