Cosa sono i protozoi PDF

Preview

Summary

Struttura, funzioni...

Description

Settimana 11 I Protozoi - Notizie sui Protozoi o organismi monocellulari eterotrofi con cellule prive di parete  nutrizione per assorbimento, fagocitosi o ingestione o vivono a spese di batteri/virus, altri protozoi, materia organica in particelle o sono ubiquitari (suolo, acque dolci e salate, intestino ....) o filogenesi che risale a ca. 1.200 milioni di anni o se ne conoscono oltre 50.000 specie - Le membrane cellulari dei Protozoi o membrana esterna  liscia (Amebe)  provvista di ciglia (Paramecium, Balantidium)  provvista di flagelli (Giardia, Trypanosoma, Trichomonas) - Alcune particolarità della biologia dei Protozoi o La riproduzione  Asessuata  Fissione binaria o Longitudinale con polarità o Schizogonia di policarion o Endospore asessuate  Sporogonia (microcellule sciamanti)  Sessuata  Cicli biologici complessi legati a uno o più ospiti o La nutrizione  Fagocitosi  Poro buccale definito  Pori buccali avventizi  Vacuolo digestivo con membrana  Vacuolo digestivo senza membrana  Da nutrienti in soluzione o il genoma dei Protozoi o alcune premesse:  i genomi eucariotici sono fatti quasi sempre da uno o più nuclei provvisti di cromosomi lineari associati ad organelli, di tipo procariotico, ma non sempre (ad esempio Guillardia ha un secondo minucleo vestigiale di tipo eucariotico, detto nucleomorfo), che portano caratteri complementari; una parte, talora importante, del DNA degli organelli si è integrato nel nucleo;  gli organelli non hanno vita autonoma ma la cellula eucariotica non vive senza di essi;  le particolarità riguardano soprattutto presenza e tracce di genomi procariotici (i tre indicatori della origine procariotica, talora recente, sono che: a) si originano per fissione da un preesistente organello; b) hanno genoma proprio di tipo procariotico; c) dispongono di sintesi proteica propria di tipo procariotico)  gli organelli di filogenesi procariotica sono:  batteri associati: con riduzioni più o meno significative del DNA nucleare;

mitocondri: molto variabili, da quelli praticamente molto prossimi ad un genoma batterico intero (genere Jakoba) ad un genoma vestigiale (nell’uomo 16.569 bp per 37 geni), fino ad assenza di mitocondri con DNA totalmente integrato nel nucleo (genere Giardia;  cloroplasti: con DNA più abbondante dei mitocondri (fino a 120150 geni tra cui sempre il codice per Rubisco)  idrogenosomi: somigliano a mitocondri per morfologia ma producono ATP formando idrogeno, acetato e CO2; consentono la vita in condizioni anaerobiche sono presenti in alcuni Protozoi e taluni Funghi;  apicoplasti: corpuscoli non più fotosintetici derivati da cloroplasti, con ca. 35 geni  cinetoplasti: organelli derivati da mitocondri situati alla base del flagello, producono energia per il movimento di questo;  gli organelli di filogenesi eucariotica sono:  il macronucleo dei Parameci, derivato da selezione e forte amplificazione dei geni del nucleo (micronucleo) che porta l’intero genoma;  i nucleomorfi di Guillardia (ca. 500.000 bp), vestigia di un protozoo che è stato inglobato e integrato nel funzionamento del predatore. Il caso emblematico di Myxotricha paradoxa 



Si tratta di una protozoo in cui sono riconoscibili ben 6 diversi procarioti integrati più o meno profondamente nell’eucariota: a) all’esterno spirochete corte e lunghe; b) ad un polo della cellula si trova un’area formata da cellulosa (da un acetobatterio?); c) numerosi batteri bastoncellari sono visibili all’interno nelle sezioni ultrasottili; d) all’interno con il freezy etching si trovano anche tubuli membranari con glicocalici (che fanno pensare a batteri vestigiali); e) altre strutture indicano associazioni batteriche portando il numero dei potenziali associati procariotici fino a 6. o gli esempi noti:  in Giardia (agente della diarrea dei viaggiatori)  assenza di mitocondri, geni mitocondriali nel nucleo)  in Paramecium (cellule di grandi dimensioni) (il lupo monocellulare)  micronucleo e macronucleo (amplificazione dei geni di pronto uso)  eredità corticale (orientamento epigenetico delle ciglia)  senescenza (numero programmato di possibili generazioni/cellula)  sessualità (per superare le senescenza, richiamo ferormonale di partener prima di un “mating type” e poi dell’altro)  in Plasmodium (agente della malaria), la cui coltura su mezzo sintetico apre interessanti prospettive di conoscenza, prevenzione e cura  l’apicoplasto (la sensibilità degli apicoplasti ad alcuni erbicidi può fornire un mezzo di contrasto alla malaria)

in Trypanosoma (agente di malattia del sonno e malattia di Chagas)  cinetoplasto (corpuscolo con alcuni geni di origine mitocondrio che sta alla base del flagello e gli fornisce energia) o Protozoi patogeni per gli animali e per l’uomo  patogeni intestinali  Giardia lamblia (diarrea del viaggiatore)  Trichomonas (vari)  Entamoeba (dissenteria, epatite)  Balantidium coli (zoonosico da cavallo e suino: dissenteria, epatite)  patogeni urugenitali  Trichomonas vaginalis  protozoi sistemici dell’uomo  i Plasmodi della malaria o Plasmodium falciparum (forma maligna di malaria) o P. vivax, P. ovale, P. malariae o Protozoi saprobionti o Protozoi predatori (di batteri, detriti cellulari etc) 

I virus - Un virus è la più piccola entità che possieda le principali proprietà dello stato vivente della materia: è capace di riprodursi (ma lo può fare solo all’interno di una cellula ospite), ha un codice genetico (DNA o RNA che possono essere ds o ss), risponde ai criteri generali dell’evoluzione. La loro dipendenza dalla cellula ospite ne fa dei parassiti obbligati. - Qualche cenno storico o Il contagium fluidum e le intuizioni prescientifiche o I “veleni filtranti” da candele di porcellana o La cristallizzazione della vita (Wendel Stanley, 1935) - Virus e virioni o I virioni liberi (la particella virale)  I più piccoli virioni portano solo DNA o RNA per codificare 4/5 proteine; i più complessi hanno codice genetico per 100/200 proteine o Il vasto mondo dei virus integrati nei genomi  DNA lisigenici nei procarioti  DNA passivi negli eucarioti  Retro-DNA nelle piante e negli animali (non solo virali) - Due diversi modi di vedere i virus o Viventi: organismi molecolari che usano RTT (replicazione, trascrizione, traduzione) altrui  Evolvono come i viventi  Sono sistemi termodinamici all’equilibrio  Hanno un codice genetico o Non viventi: parassiti molecolari incapaci di sostentamento e replicazione autonoma  ma: nessun essere vivente è “autonomo” e tutti richiedono condizioni precise per vivere - Dimensioni e strutture dei virus (20-400 nm e 5.000-200.000 paia di basi se a ds-DNA) - Capside e envelope o Le due forme fondamentali del capside  Capsidi spiraliformi/filiformi/tubiformi  Capsidi subsferici fatti da poliedri più/meno regolari (icosaedro); il Fago T4

alcune tipologie strutturali di virioni

-

-

o L’envelope pericapsidico (importanza nei virus degli animali) Origine dei virus o Evoluzione dei virus in natura  coevoluzione con procarioti ed eucarioti  i virus integrati nel genoma sono fattori di esclusione di altri virus  evoluzione retrograda: acidi nucleici virali come vestigia di batteri regrediti  evasione di geni: evoluzione egoista di geni cellulari, in precedenza normali o Co-evoluzione attuale dei virus e dei loro ospiti  Drift genetico  Shift genetico Il ciclo vitale dei virus litici: attacco alla superficie della cellula, penetrazione, esposizione e sintesi dell’acido nucleico virale, assemblaggio e liberazione delle particelle fagiche o virali

Il ciclo litico dei fagi della serie T da tipicamente un centinaia di virioni per cellula in ca. 20 minuti

-

-

o La scoperta del ruolo degli mRNA nella sintesi proteica (Brenner, Crick, Jacob, Monod 1960) iniziata con la constatazione che nel ciclo litico del fago T4 gli RNA di origine virale prevalgono e quelli cellulari si riducono a tRNA e rRNA La strategia dei virus lisigenici (temperati): il DNA fagico, integrato, segue la crescita della popolazione batterica e, occasionalmente, avvia dei cicli litici

Coltivazione dei virus e dei fagi, loro titolazione o Le placche litiche su colture in piastra (batteriche, fungine, cellule animali) o Le aree clorotiche/necrotiche su foglie o colture di tessuti vegetali

-

-

Motivi a favore/contro l’inclusione dei virus nel TOF (tree of life) o I virus esclusi perché non hanno 16S: è un motivo sufficiente? o Comunque: per ora i tentativi di includere i virus nell’albero della vita non danno contributi significativi alle conoscenze biologiche La classificazione dei virus o In base agli ospiti naturali  Batteriofagi o fagi (virus degli eubatteri e degli archebatteri)  I fagi a DNA (la serie T, i fagi temperati, i microDNA a 10/12 proteine)  I fagi a RNA (contributo a capire il ruolo degli mRNA nella sintesi proteica)  Micofagi (virus dei miceti)  Virus delle piante  Riconosciuti in base alla malattia provocata  Virus degli animali  Riconosciuti in base alla malattia provocata o In base all’acido nucleico del virione ed al meccanismo di sintesi del suo acido nucleico (secondo D. Baltimore  dsDNA  il DNA virale si duplica nel nucleo (es. herpesvirus, adenovirus, papillomavirus)  il DNA virale si duplica nel citoplasma (es. poxvirus)  ssDNA, con senso + o senso - (es. Parvovirus, con una piccola molecola di ssDNA)  il -ssDNA è ricopiato direttamente in mRNA, il +ssDNA serve da stampo per l’elica complementare  dsRNA (es. Reovirus: respiratory enteric orphan virus)  il filamento + serve per la sintesi proteica; l’altro per sintetizzare il dsRNA del virione  +ssRNA  Le proteine sono sintetizzate come un unico polipeptide che è poi segmentato usando l’intero ssRNA (es. picoRNAvirus)  Le proteine sono sintetizzate su un +ssRNA più breve di quello che formerà il virione (es. febbre gialla, encefalite virale, Togavirus)  -ssRNA  Genoma a singola molecola (es. morbillo, orecchioni)  Genoma segmentato (es. Orthomyxovirus dell’influenza  +ssRNA retrotrascrittori (es. retrovirus)  Si inseriscono nel genoma ospite e i virioni sono rilasciati per gemmazione)  dsDNA retrotrascrittori (es. hepaDNAvirus)

-

-

I virus dei procarioti (Arche- ed Eubatteri) o Il ruolo storico dei fagi Tpari nella biologia molecolare (tra cui i meccanismi di modificazione/restrizione ss-RNA: le trascrittasi inverse) Virus degli eucarioti o Micovirus (ds-RNA,ds-DNA) o Virus dei vegetali (ss-RNA, ds-RNA, ds-DNA, ss-DNA) o Virus degli animali a sangue caldo (ds-DNA, ss-DNA, ds-RNA e ss-RNA) o Virus degli artropodi (arbovirus a –ssRNA, baculovirus a ds-DNA) o Alcuni virus di Homo sapiens  Vaiolo e herpes (poxvirus a ds-DNA) (vaiolo, varicella, herpes)  origine zoonosica, molto diffusi in molte famiglie animali  importanza nella storia di Egitto, Europa e Nuovo Continente  Poliomielite (picoRNAvirus a ss-RNA positivo) (polio e cancro colon rettale)  Influenza (Hortomyxovirus a ss-RNA negativo)

 

Leucemia (retrovirus a ss-RNA positivo) Adenovirus AD36, il virus dell’obesità (dsDNA, meno di 40 geni)

-

i viroidi (ss-RNA 270 basi, una sola proteina che però non viene sintetizzata)

-

i prioni

-

i confini molecolari dei comportamenti virali: o i casi canonici (comuni alle cellule pro- ed eucariotiche) dei virioni a ds-DNA e ss-DNA: rispettano il dogma centrale della biologia o i casi speciali (ampliano i confini del dogma centrale della biologia) dei virioni ss-RNA e ds-RNA



ss-RNA: il caso degli RNA(+) e degli RNA (-) nei procarioti e negli eucarioti con gli RNA che fanno da stampo per la sintesi di RNA



ds-RNA: gli RNA che funzionano come DNA

Qualche altra considerazione - al momento è più utile considerare i virus come viventi (ovviamente con molti aggiustamenti) - i virus sono polifiletici: non ci sono dati e criteri per ricostruire linee ancestrali di virus - la semplicità strutturale e funzionale dei virus non è in rapporto con la antichità filogenetica - il fatto che gli attuali virus infettino ospiti distanti nella filogenesi non indica che i virus stessi abbiamo origine precedente a quella degli ospiti - in tutti i casi i virus utilizzano i geni dei metabolismi della cellula ospite - i virus con una certa frequenza prendono geni dalla cellula ospite e ne cedono ad essa...