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STORIA MICROBIOLOGIA, La microbiologia è una branca della biologia che…

- - - - (1)
        
        Koch isolò per la prima volta un microrganismo causa di
        malattia e dimostrò che Bacillus anthracis è l’agente eziologico del carbonchio (antrace
        
        Koch isolò Mycobacterium tubercolosis e il vibrione del colera Vibrio colearae => colture con ≠ agenti eziologici
        
        Sviluppò i criteri generali/sperimentali per definire se un
        determinato agente biologico è causa di una malattia
        postulati di Koch
      - (2)
        postulati Koch
        1) il sospetto patogeno deve ritrovarsi in tutti i casi di malattia d essere assente in animali sani
        2) il sospetto patogeno deve poter crescere in coltura pura
        3) le cellule provenienti da una coltura pura l sospetto patogeno devono indurre la malattia in animali sani
        4) il sospetto patogeno deve poter essere nuovamente isolato e se ne deve poter dimostrare l'identità con l'originale
        
        per 1 uso microscopia colorazione e sperimentalmente nella Petri malata si possono identificare anche l'agente patogeno
        
        per 2 nella coltura in laboratorio individuo su piastra d'agar delle colture dall'animale malato e nulla da quello sano
        
        per 3 uso cavie inoculando gli animali malati sani con l'agente patogeno
        
        per 4 faccio nuovamente l'osservazione e l'isolamento in coltura
      - (3)
        postulati di Koch molecolari
        1) il gene implicato nella patogenicità o virulenza Eve trovarsi in tutti i ceppi patogeni di una data specie ed essere assente nelle specie non patogene
        2) l'inattivazione selettiva del gene ve portare ad una diminuzione misurabile della patogenicità o virulenza
        3)la complementazione o reversione della mutazione deve ripristinare il livello originario di patogenicità virulenza. Parimenti, l'introduzione del gene in un ceppo non patogeno o trasforma in patogeno
- - - - (1)
        
        evoluzione dei due meccanismi fotosintetici hanno permesso alla vita di avere un imput energetico maggiore a partire dal sole
        
        le prime forme di fotosintesi erano anossigeniche ed usano donatori di e- alternativi all'H2o, come H2S a dare solfati e zolfo elementare
        
        2,5-3,5 miliardi di anni fa gli antenati degli odierni cianobatteri hanno evoluto un fotosistema capace di fotosintesi ossigenica generando O2 come prodotto di scarto (importante energicamente)
      - (2)
        
        formazioni microbiche fossili stomatoliti: prima evidenza fossile di vita sulla terra di circa 3,5 miliardi di anni fa.
        
        sono rocce stratificate su cui vi sono tappeti microbici che facilitavano la precipitazione di calcio carbonato
      - (3)
        
        ossigeno è stato rilevante in quanto ha un forte potere ossidante e prima della sua produzione la terra era ricca di composti ridotti
        
        il metabolismo dei cianobatteri ha prodotto O2 che ha ossidato i minerali ridotti contenenti Fe2+ ad ossidi di ferro contenenti Fe3+
        
        quindi l'ossigeno si accumula nell'atmosfera, quindi passa da anossica ad ossigenata, inoltre accumulandosi ha creato lo strato di ozono, cioè una barriera ai raggi solari (oltre ad avere altro materiale ossidante)
        
        l'atmosfera di ossigeno ha creato le condizioni per l'evoluzione di vari nuovi schemi metabolici, come l'ossidazione del solfuro e la nitrificazione => incremento esponenziale della biodiversità
        
        formazione quindi di organismi chemiolitotrofi aerobici che consumano O2, in quanto si ottiene un enorme vantaggio energetico a causa dell'elevato potenziale di riduzione O2/H2O
    - - man mano che la terra diventa ossia sorgono microrganismi eucarioti contenenti organelli
        
        cellula degli eucarioti è una chimera: in quanto è nel mezzo fra archea e batteri
      - l'ipotesi endosimbionica
        
        afferma che i mitocondri degli eucarioti moderni nacquero dall'incorporazione stabile di un batterio che respira in altre cellule e che i cloroplasti si formarono in modo simile dall'incorporazione di un organismo simile ad un cianobatterio che esegui la fotosintesi ossigenata
        
        dona nuove capacità:
        
        uso di metaboliti per la respirazione
        
        cloroplasti per fotosintesi ossigenica
        
        antenati dei mitocondri sono alfaprotobatteri e cloroplasti dei cianobatteri
        
        prove a supporto della teoria sono la presenza dei ribosomi all'interno dei mitocondri che sono simili a quelli di batteri, come anche DNA e morfologia
        
        ci sono due ipotesi:
        
        inglobo di procuriate da parte di un archea che è gia eucaria per la sua membrana
        
        incorporazione del batterio da Archea che consuma H avvenuta prima della nucleazione, quindi degli eucaria
  - - - (1)
        
        primo tentativo di descrivere al storia evolutiva comune di tutte le cellule viventi fu pubblicata da Erst Heckel nel 1866
        
        poiché i microrganismi non condividono alcun tratto morfologico con piante e animali, era impossibile creare un robusto quadro evolutivo che includesse i microrganismi
        
        quando il DNA è stato scoperto è stato riconosciuto he la storia evolutiva è registrata nella sequenza del DNA
      - (2)
        Cark Woese
        
        (1)
        
        ha realizzato egli anni 70 che la sequenza delle molecole di rRNA dei loro geni potrebbe essere utilizzata per dedurre le relazioni evolutive tra organismi
        
        i geni dell' rRNA sono eccellenti candidati per l'analisi filogenetica perchè sono:
        
        ottimo marcatore per il gene per la subunità piccola dei ribosomi
        
        universalmente distribuiti
        
        funzionalmente costanti
        
        altamente conservati(cioè lentamente mutevoli)
        
        regioni variabili: nel ribosoma batterio sono 9, se li confronto a batteri molto ≠ queste regioni cambiano molto a differenza delle sequenze conservate, perchè se una singola modifica di una zona compromettente la funzione di un ribosoma allora la regione è conservata se non ne cambia di molto allora è variabile
        
        (2)
        
        lo studio di Woese ha permesso quindi ha permesso di stabilire l'albero evolutivo della vita
        
        la filogenesi può essere dedotta solo da geni che hanno omologia
        
        i geni che hanno l'omologia possono essere orotologhi se provengono da un singolo gene ancestrale in un antenato comune
        
        le analisi filogenetiche stimano i cambiamenti evolutivi dal # di differenze di sequenze attraverso un insieme di posizioni nucleotidiche omologhe
        
        il confronto avviene per coppie di basi
        
        lo scopo di allineamento delle sequenze è quello di aggiungere lacune alle sequenze molecolari al fine di stabilire l'omologia posizionale
      - (3)
        albero filogenetico
        
        una volta definite e allineate le sequenze si confrontano quelle di 4 batteri e sulle differenze stabilisco una matrice di distanza genetica che si misura con il # di basi differenti
        
        matrice di distanza genetica:
        
        un albero filogenetico è composto da rami e nodi
        
        le punte dei rami in un albero filogenetico rappresentano le specie che esistono oggi
        
        c'è solo un albero filogenetico corretto che descrive accuratamente la storia evolutiva di un gruppo di sequenze geniche
        
        rapporto matrice-albero: tale rapporto deve essere riconducibile all'albero
        
        quindi passaggi da gene ad albero
        
        le sequenze nucleotidiche sono allineate e vengon confrontate
        
        l numero di nucleotidi non identici viene segnato
        
        quindi dal confronto di due microbi ottengo (come esempio9 4 nucleotidi ≠ su 15 e questo successivamente alla matrice viene convertito in una data distanza
        
        il valore viene poi corretto eliminando le possibili ulteriori mutazioni che provocano tale genotipo
        
        si costruisce l'albero tramite un analisi computazionale ed ogni valore di distanza è segnato sul ramo
    - - (1)
        deriva genetica
        esperimento gentico drift:
        
        è un processo casuale che permette alle frequenze genetiche di cambiare nel tempo, con conseguenza l'evoluzione anche senza la selezione naturale
        
        in questo esempio una popolazione contente 4 tipi di batteri geneticamente diversi ma tutti con la stessa frequenza sono all'interno di un tubo
        
        da esso vengono pescate 4 cellule a caso e vengono trasferite in 3 nuovi tubi e vengono lasciate crescere
        
        non c'è differenza di fitness quindi le cellule crescono equamente
        
        questo ciclo viene svolto atrie due volte e la differenza di frequenza è osservabile solamente dopo 3 cicli
        
        quindi la deriva genetica causa una divergenza evoluzionale dovuta a processi casuali ed è indipendente dalla selezione naturale
      - (2)
        HTG
        
        trasferimento di materiale genetico non in via parentale
        
        probabilmente è stato causa dell'evoluzione tramite avvenimenti causali
    - - (1)
        
        la sistematica collega la filogenesi alla tassonomia (scienza in cui animali sono caratterizzati, nominati e classificati sencondo criteri ≠ definiti)
        
        la tassonomia batterica utilizza un approccio polifasico con tre tipi di metodi- fenotipici, genotipici e filogenetici- er l'identificazione e la classificazione dei batteri
        
        concetto di specie filogenetica: una specie microbica è pragmaticamente un gruppo di ceppi che condividono alcuni tratti diagnostici che sono geneticamente coesivi e condividono un unico antenato comune recente
      - (2)
        tassonomia batterica
        
        ci sono i vari raggruppamenti sono posti secondo un ordine gerarchico
        
        principale aspetto della gerarchia è che i raggruppamenti non sono omogenei
        
        con un solo organismo non noto si necessita di un aspetto polifasico (?)
        
        con ≠ tecniche si riconoscono vari stadi tassonomici
        
        l'approccio polifasico per la classificazione tassonomica dei microrganismi quindi denota le caratteristiche per associare un organismo che possono essere anche fenotipiche
        
        tassonomia polifasica: tassonomia che unisce ed assimila vari livelli di informazione da molecolari ad ecologiche, e nell'approccio polifasico ci si avvale sia di tecniche fenotipiche (rilevano caratteristiche fenotipiche) che genotipiche per l'identificazione e caratterizzazione di un microrganismo
        
        quindi ci si avvale di:
        
        morfologia (non sufficiente da sola)
        
        metabolismo
        
        fisiologia
        
        movimento
        
        enzimi specifici
        
        genetica: spesso si usa l'ibridazione dna-dna e 16srna
        
        ibrdazione DNA-DNA e 16SRNA
        
        (1)
        
        Ribotyping consiste nell'ottenere un finger print relativo alla regolazione digestione di un amplificato per PCR che fornisce ≠ profili per ≠ organismi, per cui posso attribuire una specie ignota con certezza tramite il confronto con specie nota
        
        se questa analisi è adatta all'analisi subspecifica, a livello di specie posso usare. il rapporto tra ibridazione DNA-DNA e 16SRNA
        
        ibridazione oggi superata e si considera il confronto Ani (identità media nucleotidica) attraverso il quale si fa un controllo di due genomi e ne identifico un identitaria di sequenza per il core del genoma
        
        (2)
        confronto le due sequenze:
        
        il DNA degli organismi viene estratto, marcato, si ha ibridazione di DNA1 con DNA2 e si confrontano per differenze e vedo quanto è l'ibridazione fra i due
        
        è rilevante il cut-off per vedere se nella stessa specie o meno con il 16SRNA
        
        il cut.off di ibridazione di 16S è del 97% e ogni pallino nel grafico che lo rappresenta è il confronto fra i due organismi.
        
        nel grafico tutti gli organismi che rimangono al di sopra della fascia rossa (97%) appartengono alla stessa specie
        
        il cut-off è del 70% con ibridazione DNA-DNA e in tal caso se l'ibridazione è maggiore di tale percentuale allora gli organismi appartengono alla stessa specie
        
        se metto insieme le due classificazioni le coppie di organismi che hanno + del 97 % di ibridazione del 16S e + del 70% sono della stessa specie
        
        (3)
        
        MA in alcuni l'ibridazione genomica è bassissima quindi hanno un rapporto evolutivo molto simile, ma al tempo stesso hanno genomi completamente ≠
        => comportamento diverso fra il marcatore evolutivo ed il resto del genoma, quindi discrepanza fra i marcatori che è dovuta all'attività di:
        
        trasferimento genico orizzontale: 16SRNA molto importante quindi non viene trasferito orizzontalmente invece il resto del genoma è più impattato dal trasferimento genico orizzontale che permette quindi che due organismi evolutivamente siano molto vicini e al tempo stesso sono molto impattati dal trasferimento genico orizzontale
        
        16SRNA è un marcatore che cambia molto lentamente, infatti lo uso come muratore dell'intero albero della vita, altri marcatori accumula o di più mutazioni che fanno quindi variare l'analisi
        
        incongruenza dei marcatori tassonomici con i marcatori funzionali
        
        (4)
        
        altrimenti posso costruire raggruppamenti tassonomici non basandosi su un unico gene ma con un analisi MULTIGENE: esempio di come posso usare ≠ marcatori che discrimanon di più del 16S ma devo già avere i raggruppamenti
        
        se uso stesso approccio ma con più geni, concateno più geni (sempre geni ribosimiali solitamente) posso avere una discriminazione maggiore delle specie, e anche a livello intraspecifico
        
        ribosomal database project che contiene sequenze ribosomiali del 16S (di batteri e archea) e anche del 28S dell'RNA dei funghi., contiene anche dei tool di classificazione e si può confrontare e classificare specie tramite le sequenze inserite.