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COMPARSA DEICIANOBATTERI

FOTOSINTESIOSSIGENICA

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ALBERO FILOGENETICO UNIVERSALE

3 DOMINI PRINCIPALI

ANTENATO UNIVERSALE

TEORIA ENDOSIMBIOTICA

INCORPORAZIONE DI SIMBIONTI:

CHEMIORGANOTROFIE FOTOTROFI

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TASSONOMIA = scienza della classificazione biologica

Raggruppare gli individui, sulla base di proprietà comuni, incategorie (livelli), di ordine progressivamente superiore:

SPECIEGENERE

FAMIGLIAORDINECLASSE

DIVISIONE (O PHYLUM)REGNO

La SPECIE costituisce l’unità tassonomica fondamentale

Una specie è costituita da più CEPPI ossia una popolazione di organismi che discende da un unico microrganismo o da un isolamentoin coltura pura

I CEPPI nell’ambito di una specie possono presentare lievi differenze l’uno con l’altro:

BIOTIPI (o BIOVAR) differenze biochimiche o fisiologiche

MORFOTIPI (o MORFOVAR) varianti morfologiche

SIEROTIPI (o SEROVAR) differenti proprietà antigeniche

Sistema binomiale di nomeclatura

Escherichia coli

genere specie

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CLASSIFICAZIONE NATURALEIndividuare caratteristiche fenotipiche comuni a

organismi diversi

Capacità di metabolizzare zuccheri diversiProduzione di determinati enzimiRichiesta di nutrientiPresenza o assenza di mobilitàCapacità o meno di produrre sporeDiverso comportamento a colorazioniDipendenza dall’ossigeno

TASSONOMIA NUMERICA

Metodo matematico che considera le caratteristiche comuni (somiglianze e differenze) tra i vari organismi confrontati

1) Determinazione della presenza o assenza delle caratteristichescelte nel gruppo di organismi in esame

2) Si calcola un COEFFICIENTE DI ASSOCIAZIONE che stabilisce ilgrado di concordanza tra i caratteri posseduti dai due organismi

COEFFICIENTE DI ACCOPPIAMENTO considera sia le caratteristiche(COEFFICIENTE DI CORRISPONDENZA presenti che quelle assenti in SEMPLICE) entrambi gli organismi

COEFFICIENTE DI SIMILARITA’ considera solo le caratteristiche( o di JACCARD) presenti in entrambi gli organismi

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Gli organismi A e B vengono confrontati in base ai caratteri presenti o assenti

a = numero di caratteri presenti (positivi) in entrambi gli organismib = numero di caratteri presenti (positivi) solo nel primo organismoc = numero di caratteri presenti (positivi) solo nel secondo organismod = caratteri assenti (negativi) in entrambi gli organismi

Numero totale dei caratteri confrontati = a + b + c + d

Coefficiente di corrispondenza Ssm = (a+d) a+b+c+d

Coefficiente di similarità (o di Jaccard) Ss = aa+b+c

Batterio 1 Batterio 2Crescita in NaCl

2% + +5% + -7% - +

Crescita a10°C - -30°C - +50°C + +65°C - +

c

ab

d

c

ac

Ssm = (a+d) = 2+1 = 3 = 0,42 a+b+c+d 2+1+3+1 7

Ss = a = 2 = 2 = 0,33a+b+c 2+1+3 6

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PRINCIPALI CARATTERI IMPIEGATI NELLA TASSONOMIA

CARATTERI CLASSICI

Caratteri morfologiciCaratteri fisiologici e metaboliciCaratteri ecologiciAnalisi genetica

CARATTERI MOLECOLARI

Confronto delle proteineConfronto degli acidi grassiComposizione in basi degli acidi nucleiciIbridazione degli acidi nucleiciSequenziamento degli acidi nucleici

CLASSIFICAZIONE SU BASE MOLECOLARE

Rispetto a criteri che riflettono la struttura molecolare dell’organismo

Composizione in basi del DNA (% G+C)

Studi sull’omologia degli acidi nucleici

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EFFETTO DELLA TEMPERATURA SULLA STRUTTURA DEL DNA

Tm = Temperatura di fusione

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Ibridazione acidi nucleici

Filtri su cui sono legati ssDNA di un organismoA viene ibridato con singoli filamenti resiradioattivi appartenenti all’organismo Bche vogliamo confrontare

Dopo l’ibridazione si allontana l’eccesso dissDNA non ibridato e si misura la radioattività

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Il grado si “OMOLOGIA” èespresso come % della radioattivitàdel DNA dell’organismo B trattenuta sul filtro, rispetto a quella ottenuta con DNA omologo (dell’organismo A) legato nelle stesse condizioni

Due organismi con un grado di omologia del 70% e con una differenzanella Tm minore del 5% sono consideratispesso membri della stessa specie

Per determinare le relazioni evolutive occorre individuare la macromolecola più adatta per gli studi di sequenza

Deve essere distribuitauniversalmente nel gruppo in esame

Deve essere funzionalmenteomologa in ogni organismo

La sequenza deve essere altamenteconservata

L’RNA ribosomaleè un esempio eccellente

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ARCHAEA

EUBATTERI

GRAM+

GRAM-

PRIVI DI PARETE

ARCHEOBATTERI

MEMBRANA PLASMATICA monostratificata(glicerolo legato a CATENE IDROCARBURICHE attraverso LEGAME ETEREOe non estereo)

PARETE CELLULARE assenza di peptidoglicano, PSEUDOMUREINA (NAM-NAT)in alcune specie parete proteica (S-layer), glicoproteica o assente

ribosomi (70S ma insensibili a tossina difterica ed antibiotici aminoglicosidici)

DIVERSA STRUTTURA DELL’RNA POLIMERASI – maggiore somiglianzacon l’enzima Eucariotico, maggior numero di subunità

NELL’INIZIO DELLA SINTESI PROTEICA E’ COINVOLTO tRNAmet

ANZICHE’ tRNAfmet

DIVERSA SENSIBILITA’ AGLI ANTIBIOTICI

Principali differenze tra Eubatteri ed Archea

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Principali similitudini tra Eubatteri ed Archea

• assenza di un nucleo morfologicamente definito

• cromosoma unico e circolare

• geni organizzati in operoni

• variabilità metabolica (litotrofia, riduzione di S0, fissazione dell’azoto)

• formazione di vescicole gassose e granuli di carbonio di riserva

PRINCIPALI GRUPPI DI ARCHAEA

EURYARCHAEOTAALOFILI ESTREMIMETANOGENI

CRENARCHEOTATERMOFILI E ACIDOFILI ESTREMI (TERMOACIDOFILI)

KORARCHAEOTAoriginariamente isolati da comunità microbiche di Yellowstonesi ramificano alla base dell’alberofilogenetico

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ALOFILI ESTREMI (o ALOBATTERI)Halococcus

Halobacterium

• Richiedono concentrazioni di NaCl almeno di 1,5M (9%) per crescere(da 8 a limite di saturazione dell’NaCl 32%)

• Assumono una colorazione Gram-, si riproducono per scissione binaria,non formano spore o altre forme criptobiotiche

• Chemioorganotrofi e nella maggior parte dei casi aerobi (obbligati ofacoltativi), con complesse richieste nutrizionali

• La parete di Halobacterium è formata da glicoproteine ricche inaminoacidi acidi, ed è stabilizzata da ioni sodio che sono fondamentali per mantenerne l’integrità

• Accumulano nel citoplasma soluti compatibili (K+)

• HABITAT: ambienti ipersalini come laghi salati (USA), Mar Morto

EURYARCHAEOTA

METANOGENI – Metano produttoriMethanococcus

MethanobacteriumMethanosarcinaMethanospirilum

Grande variabilità morfologica

La parete di Methanobacterium contiene PSEUDOMUREINA

ANAEROBI OBBLIGATI

HABITAT: Sedimenti anossici (paludi, acquitrini, sedimenti di laghi, zone umide di discarica)Tratto digestivo di animali (rumine, intestino cieco e crasso di animali, uomo incluso)Sorgenti geotermali di H2 + CO2Impianti artificiali di biodegradazioneEndosimbionti di protozoi anaerobi

EURYARCHAEOTA

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Riduzione della CO2 a CH4 – PROCESSO H2 DIPENDENTEanche se i donatori di e- possono essere anche:

- Substrati CO2 simili (CO2 HCOO- formiato, CO monossido di carbonio)

- Substrati con metili (metanolo, metilammina, dimetilsolfito …)

- Substrati acetotrofi (Acetato e piruvato)

METANOGENESI = respirazione anaerobica in cui viene utilizzatocome accettore finale CO2 o carbonato

CO2 + H2 CH4 + 2H2O

TERMOACIDOFILI ESTREMIThermoplasmaFerroplasmaPichrophilus

• Thermoplasma cresce a 55°C e pH 2

• Thermoplasma e Ferroplasma Mancano di parete cellulare ma possiede una membrana che contiene una molecola simile ai lipopolisaccaridi:uno strato di lipidi tetraeterici legati ad unità di mannosio o glucosio

• Pichrophilus CRESCE AD UN pH OTTIMALE DI 0,7!!! Presenta una paretecellulare, contiene uno strato S

EURYARCHAEOTA

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IPERTERMOFILI di habitat vulcanici terrestridi habitat vulcanici sottomarini

ThermococcusPyrococcusSulfolobus

• Temperature ottimali di crescita intorno agli 80-90°C• Possono essere:AEROBI (obbligati o facoltativi) - ACIDOFILI (pH2)ANAEROBI OBBLIGATI – NEUTROFILI (pH>5)

• Crescono in ambienti dove è disponibile energia geotermica(solfatare, bocche idrotermali sottomarine) e in cui H2, H2Se S0 sono abbondanti fonti di energia -> CHEMIOLITOTROFI

CREARCHAEOTA