LE SPORE

1. LE SPORE • SPORA BATTERICA O ENDOSPORA: FORMA DI DIFFERENZIAMENTO CELLULARE, SI ORIGINA IN AMBIENTE DI CRESCITA SFAVOREVOLE • SCOPO: FAVORIRE LA SOPRAVVIVENZA IN AMBIENTI SCARSAMENTE DOTATI DI ACQUA E NUTRIENTI • PREROGATIVA DEI BACILLI GRAM+ (CARATTERISTICHE DEI GENERI BACILLUS E CLOSTRIDIUM) • Per altre informazioni sulla spora batterica consulta la fotocopia data a lezione.

2. Alcuni microrganismi appartenenti ai generi Bacillus e Clostridium possono, in condizioni ambientali sfavorevoli, andare incontro ad un particolare processo di differenziazione cellulare che prende il nome di SPORIFICAZIONE. Tale processo reversibile porta alla produzione di una spora batterica che rappresenta una forma di vita quiescente e particolarmente resistente al calore ed agli agenti chimici e fisici (antibiotici, solventi, disinfettanti, enzimi idrolitici, radiazioni ultraviolette) con caratteristiche strutturali e fisiologiche molto diverse da quelle della CELLULA VEGETATIVA che l’ha prodotta. Clostridium tetani

3. La spora batterica (o endospora batterica) L’endospora batterica è una struttura cellulare dormiente (cioè, quiescente), di resistenza e NON RIPRODUTTIVA, prodotta solo da alcuni membri del phylum Firmicutes (in particolare i generi Bacillus e Clostridium). Ha una forma sferica o ellittica. La funzione primaria delle endospore è quella di assicurare la sopravvivenza del batterio durante periodi di stress ambientali estremi. Esse sono resistenti ai raggi UV e gamma, alla carenza di acqua, al lisozima, a temperature estreme, alla carenza estrema di nutrienti e a molti disinfettanti chimici. Le spore batteriche sono agenti finalizzati alla sopravvivenza della cellula, NON angenti di dispersione o risultato di riproduzione come le spore fungine.

4. SPORA BATTERICALe spore batteriche sono cellule peculiari per attributimorfologici e funzionali, capaci di sopravviverenell'ambiente esterno allo stato di quiescenza. In una spora: • non avviene la sintesi di macromolecole • vi è SCARSITA’ DI ACQUA NEL CITOSOL, • Non vi è CONSUMO DI OSSIGENO Le spore batteriche sono così resistenti agli stress ambientali che si ritiene possano essere le uniche strutture biologiche adatte alla diffusione della vita nello spazio, tra le galassie e tra i pianeti…

5. LE SPORE SONO LE FORME DI VITA PIU’ RESISTENTI CONOSCIUTE • ALTE TEMPERATURE • RADIAZIONI UV • INVECCHIAMENTO • DISINFETTANTI

6. Esempi di termoresistenza nelle spore • Clostridium botulinum 330 minuti a 100°C. • Clostridium tetani 90minuti a 100°C • Clostridium perfrigens 30 minuti a 100°C Cellule vegetative : 80°C per 5-10min

7. La sporulazione è un processo differenziativoin cui vengono coinvolti parecchi geni del DNA batterico. SPORULAZIONE(o sporificazione) Forma Vegetativa Forma Sporale GERMINAZIONE In presenza di appropriate condizioni ambientali è possibile il passaggio inverso da spora a cellula vegetativa.

8. SPORULAZIONE

9. GERMINAZIONE DELLA SPORA

10. Esempi di batteri sporigeni importanti per l’uomo • I batteri in grado di formare ENDOSPORE appartengono alla famiglia delle • Bacillaceae (Gram positivi) e comprendono i generi Bacillus e Clostridium • Bacillus thuringiensis.È un batterio del suolo. Quando viene ingerito mediante • vegetali contaminati, il batterio sporula nell'ospite liberando delle tossine in forma • cristallina (innocue per gli esseri umani) (tossine Bt) che danneggiano il tratto • digerente delle larve di ditteri come le zanzare o causando nei bruchi di molti • lepidotteri una malattia paralitica. È usato per questo per il biocontrollo in agricoltura • Clostridium botulinum. Batterio strettamente anaerobio che produce una tossina • termostabile che è estremamente neurotossica per l’uomo. Può proliferare nelle • conserve vegetali e nelle conserve sott’olio. Produce gas quando cresce, rigonfiando i contenitori delle conserve. • Bacillus anthracis. Agente eziologico del carbonchio (antrace) • Bacillus cereus. Causa di tossinfezioni alimentari • Bacillus subtilis e B. licheniformis. Largamente usati a livello industriale per la • produzione di enzimi (amilasi, proteasi alcaline per l’industria delle pelli). Sono anche utilizzati nel biocontrollo in agricoltura per la loro capacità di inibire la crescita di patogeni delle piante, quali le muffe Botrytis cinerea e Colletotrichum spp. • Bacillus calusii.Impiegato come probiotico (Enterogermina)

11. Differenze tra endospora e cellula vegetativa Endospora • Resistenza • Rifrangente al microscopio • Scarsa attività enzimatica (metabolismo ridotto o assente) • Contenuto di acqua 5-10% • Insensibile al lisozima • Dipicolinato di calcio • Piccole proteine acide solubili(SASP), che si associano al DNA. • Cellula vegetativa • Non resiste a calore, UV etc • Non rifrangente • Elevata attività enzimatica • Contenuto di acqua 80-90% • Sensibile al lisozima • Non contiene dipicolinato ne’ SASP

13. ACIDO DIPICOLINICO (DPA). (a). (b) Ruolo del Ca++ nella formazione di complessi di molecole DPA. Il DPA costituisce il 15% del peso secco della spora

14. Bacillus subtilis: • forma vegetativa (rosso) • Spore (verde-azzurro) SPORANGIO

15. PROCESSO DI SPORULAZIONE: è un processo che avviene in più stadi E porta alla formazione di una spora a partire da una cellula vegetativa.

16. Endospore Cycle, Step 1 Cellula batterica vegetativa di forma bastonellare

17. Endospore Cycle, Step 2 Replicazione del patrimonio genetico

18. Endospore Cycle, Step 3 Formazione del setto sporale

19. Endospore Cycle, Step 4 Ciascun nucleoide è circondato da una propria membrana

20. Endospore Cycle, Step 5 Inizio della formazione della prespora

21. Endospore Cycle, Step 6 La prespora è circondata da due membrane. La molecola di DNA della cellula madre viene degradato

22. Endospore Cycle, Step 7 Tra le due membrane che circondano la spora inizia la sintesi della corteccia. Viene sintetizzato il dipicolinato di calcio

23. Endospore Cycle, Step 8 All’esterno della membrana più esterna vengono sintetizzate le tuniche

24. GERMINAZIONE In presenza di appropriate condizioni ambientali è possibile il passaggio inverso da spora a cellula vegetativa

25. La spora batterica • Esosporio • Tunica sporale (strati proteici) • Membrana (est) • Corteccia (peptidoglicano modificato) • Parete • Membrana (int)Core

27. Endospore-forming bacilli (phase contrast illumination). Endospores are dehydrated, refractile cells appearing aspoints of bright light under phase microcsopy. Endospore-forming bacteria are characterized by the location(position) of the endospore in the mother cell (sporangium) before its release. The spore may be central, terminal orsubterminal, and the sporangium may or may not be swollen to accomodate the spore.

28. Le spore al microscopio ottico in contrasto di fase appaiono come strutture rifrangenti (molto luminose) libere o ancora all’interno dello sporangio

29. Endospore Cycle, Step 9 A volte può essere presente uno strato ancora più esterno detto esosporio. La porzione vegetativa della cellula madre viene degradata e la spora rilasciata.