Proteobatteri Tutti Gramnegativi Chemiorganotrofi Forma a bastoncello con

Proteobatteri • Tutti Gram-negativi • Chemiorganotrofi • Forma a bastoncello, con flagelli • Grande diversità metabolica • Importanza industriale, medica e agricola Generi di principale interesse: • Acetobacter e Gluconobacter (produzione acido acetico) • Pseudomonas (batteri del suolo) • Zymomonas (produzione di etanolo) • Rhizobium e Agrobacterium (batteri associati alle piante)

Acetobacter; Gluconobacter • Aerobi • Acido-tolleranti • Flagellati • Acetobacter ossidano il substrato (zuccheri, etanolo) fino ad acetato o a CO 2 (TCA completo) • Gluconobacter ossidazione incompleta (TCA incompleto) • Presenti in succhi di frutta e bevande alcoliche (birra sidro vino) • Usati nella produzione industriale di acido acetico, acido ascorbico • Alcuni batteri acetici producono cellulosa (esocellulare e pura) SORBITOLO acetobatteri SORBOSIO Sintesi chimica ASCORBATO

Pseudomonas • Esigenze nutrizionali semplici • Uso del glucosio attraverso la via Entner-Doudoroff (ED) • Utilizzano numerosi composti organici anche insoliti come fonte di carbonio ed energia (operoni inducibili e plasmidici, ruolo nell’ecologia del suolo e acque) • Alcuni patogeni. Uso dei batteri - petrolio Profile of a Pseudomonad: Gram-negative rods motile by polar flagella. A. Electron micrograph, negative stain. B. Scanning electron micrograph. C. Gram stain.

Ossidazione del Bi-fenile: operone e pathway metabolico

Ossidazione del Bi-fenile: regolazione operone

Ossidazione del Bi-fenile: conservazione operone Organization of bph gene clusters in various strains: • KF 707 -bph, P. pseudoalcaligenes • LB 400 -bph, Burkholderia sp. strain • KF 715 -bph, P. putida KF 715 • KKS 102 -bph, Pseudomonas sp. strain • Tn 4371 -bph, Ralstonia eutropha A 5 • B-356 -bph, C. testosteroni B-356 • P 6 -bph, R. globerulus P 6 • M 5 -bpd, Rhodococcus sp. strain M 5 • RHA 1 -bph, Rhodococcus sp. strain RHA 1 Homologous genes with the same function are depicted in the same colors.

Degradazione del -myrcene da Pseudomonas sp

Ossidazione di aromatici clorurati Degradative pathway of 2, 4, 5 -T by Burkholderia cepacia AC 1100. • The tft. A and tft. B genes encode two subunits of the 2, 4, 5 -T oxygenase that converts 2, 4, 5 -T to 2, 4, 5 -TCP. • A two-component flavin-containing monooxygenase (genes tft. C and tft. D) catalyzes the para-hydroxylation of 2, 4, 5 -TCP to yield 2, 5 -DCHQ. • A second hydroxylation step by the same enzyme converts 2, 5 -DCHQ to 5 -CHQ. • The tft. G gene product, a dechlorinase, catalyzes the dechlorination of 5 -CHQ to yield HQox. • An HBQ reductase reduces HQ-ox to HQ by using NADH • A hydroxyquinol 1, 2 -dioxygenase (HQDO) (tft. H gene) catalyzes the ring cleavage to yield maleylacetate. • Maleylacetate reductase (tft. E gene) catalyzes the reduction of maleylacetate to β-ketoadipate, which is ultimately converted to tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediates.

Zymomonas • Zymomonas mobilis fermenta gli zuccheri ad etanolo ma usa la ED • Utilizzato nella produzione di bevande fermentate (Africa, Asia, Sud America) • Microaerofilico e anaerobio facoltativo • Spesso associato a batteri acetici: GLUCOSIO Zymomonas ETANOLO Acetobacter ACETATO

Rhizobium Batteri del suolo: colonizzano le radici delle leguminose e permettono la fissazione dell’azoto atmosferico. Colture di Rhizobium vengono usate per inoculare artificialmente i semi di leguminose. Il terreno coltivato a leguminose contiene fino a 106 volte cellule di Rhizobium per grammo rispetto ad altre piante (es grano). Leguminose Acidi dicarbossilici (succinato fumarato malato) Rhizobium ATP, potere riducente Noduli con batteri N 2 NH 4+ Batteri all’interno dei noduli

Agrobacterium Batterio del suolo, infetta fusti e radici delle dicotiledoni: tumorigenesi mediata dal plasmide Ti (tumor inducing). I geni trasferiti dal batterio rendono le cellule vegetali indipendenti dagli ormoni della pianta e producenti sostanze (opine) utilizzabili dal batterio. Ti usato come base per trasformazioni in vitro e generazione di piante transgeniche.

Meccanismo di infezione da Agrobatterio Tumore del colletto: 1. Attacco del batterio alle cellule del colletto 2. Attivazione geni vir 3. Trasferimento del T-DNA del plasmide Ti dal batterio alle cellule della pianta 4. Inserzione del T-DNA nel genoma dell’ospite 5. Induzione dei geni contenuti nel T-DNA (sintesi auxina e citochinina) crescita cellulare vegetale incontrollata (tumore) 6. Induzione dei geni biosintetici per le opine (octopina, agropina, nopalina) 7. Secrezione delle opine 8. Utilizzo delle opine: solo gli A. tumefaciens che posseggono plasmidi Ti con geni per il catabolismo dell’opina possono usare questi prodotti come fonte di carbonio rosa vite

Vettori per piante transgeniche: • eliminare i geni biosintetici per ormoni • eliminare geni biosintetici per opine • introduzione marcatore per pianta • introduzione di sequenze di regolazione e MCS • eliminare altre sequenze non necessarie (es geni per il catabolismo delle opine • introduzione ORI per E. coli • introduzione marcatore per E. coli e A. tumefaciens

Enterobatteri • Batteri coliformi patogeni e non patogeni che colonizzano l’intestino (Salmonella, Shigella, Escherichia). Escherichia coli è il batterio più conosciuto ed utilizzato in vari settori. • Batteri del suolo e delle acque non coliformi (Proteus, Enterobacter, Serratia) • Altri batteri patogeni (Yersinia pestis, Vibrio cholerae) Escherichia coli (green) adhereing to human intestinal cells (brown) Vibrio cholerae: a curved rod prokaryote

• Batteri gram-negativi molto numerosi • Anaerobi facoltativi: fermentano gli zuccheri (fermentazione degli acidi misti – lattato succinato acetato – o del 2, 3 butandiolo) • Metabolizzano ossidativamente una grande varietà di substrati organici

Batteri lattici • Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactobacillus, Enterococcus, Lactococcus • Batteri gram-positivi • Forma di cocchi o bastoncelli • Producono acido lattico come prodotto finale della fermentazione • Producono ATP solo dalla fosforilazione a livello del substrato (no fosforilazione ossidativa, no porfirine e citocromi) • Anaerobi ma aerotolleranti • Capacità biosintetiche molto limitate: esigenze nutrizionali estese (aminoacidi, vitamine, basi azotate) Lactococcus lactis Lactobacillus bulgaricus Streptococcus pneumoniae

Diffusione ambientale limitata e specifica: • Streptococchi: tratto respiratorio, cavo orale, intestino (alcuni sono patogeni) • Enterococchi: intestino, vagina, piante • Lattobacilli: piante, latticini Lactobacillus spp Streptococcus pneumoniae Streptococcus faecalis Fermentazioni di prodotti alimentari Batteri lattici associati alle piante: presenti negli alimenti derivati da vegetali (bevande, sottaceti, crauti, vino, birra, insilati, foraggi) Batteri lattici associati al latte: preparazione burro, panna, formaggi, yogurt

Figura 3. 6. 2 - La via della fosfochetolasi dei batteri lattici eterolattici. GPDH indica la glucosiofosfato deidrogenasi. Le frecce tratteggiate indicano le trasformazioni degli zuccheri fosfato, tipiche della via dei pentosi e/o degli esosi monofosfato.

TABLE 1. BACTERIA COMMONLY FOUND ON THE SURFACES OF THE HUMAN BODY Skin Conjunctiva Nose Pharynx Mouth Staphylococcus epidermidis Staphylococcus aureus* Streptococcus mitis Streptococcus salivarius Streptococcus mutans* Enterococcus faecalis* Streptococcus pneumoniae* Streptococcus pyogenes* Neisseria sp. Neisseria meningitidis* Veillonellae sp. Enterobacteriaceae* (E. coli) Proteus sp. Pseudomonas aeruginosa* Haemophilus influenzae* Bacteroides sp. * Bifidobacterium bifidum Lactobacillus sp. Clostridium sp. * Clostridium tetani Corynebacteria Mycobacteria Actinomycetes Spirochetes Mycoplasmas ++ + +/- ++ + + +/- +/+ ++ + +/- +/- +/+ +/- + + ++ +/- ++ + +/- + + ++ ++ +/- + ++ ++ ++ + +/+ + ++ +/- + + ++ + Lower Anterior Vagina Intestine urethra + ++ +/+ +/- + + ++ + +/++ + +/+/+ + +/- ++ ++ +/+ + + ++ + +/- + ++ = nearly 100 percent + = common +/- = rare * = potential pathogen ++

Batteri correlati ai lattici Staphylococcus, Sarcina, Listeria • Batteri gram-positivi • Aerobi ed anaerobi • Patogeni e non Staphylococcus aureus

Propionobacterium, Bifidobacterium • Morfologicamente simili ai corynebatteri • Bastoncellari o ramificati (Bifidobacterium: ma non correlabile alla crescita apicale degli attinomiceti) • Gram-positivi ma con composizione di parete diversa da corynebatteri Propionobacterium • Anaerobi del rumine degli erbivori • Fermentazione secondaria del formaggio • Trasforma il lattato in propionato, acetato e CO 2.

Bifidobacterium • Aerotolleranti • Microflora intestinale dei lattanti • Estese esigenze nutrizionali • Producono acido lattico ma con stechiometrie diverse dai lattici (scissione C 2 – C 4 con produzione di acetil fosfato) Bifidobacterium bifidum. Gram stain

Sporigeni Diversi generi per: • morfologia, posizione e forma della spora • tipo di metabolismo (aerobio o anaerobio) Sono tutti batteri del suolo. Bacillus • Batteri aerobi o anaerobi facoltativi • Utilizzano aerobicamente tanti substrati organici e zuccheri anche anaerobicamente • Hanno alcune esigenze nutrizionali • Sono mesofili o termofili (65°C) • Producono e secernono enzimi idrolitici per l’utilizzo di polimeri ed antibiotici durante la sporulazione B. anthracis causa il carbonchio (malattia bovina trasmissibile all’uomo) B. thuringensis produce una tossina letale per larve di insetto: piante ingegnerizzate col gene della tossina.

Bacillus anthracis spores Bacillus anthracis - vegetative stage and spore formation

Clostridium • Batteri anaerobi privi di fosforilazione ossidativa: solo al livello del substrato • Fermentano carboidrati, aminoacidi e altri composti organici • Decomposizione di carboidrati e proteine (putrefazione) • Batteri del suolo • Patogeni non invasivi ma per produzione di tossine: intossicazione alimentare (C. botulinium) o infezione (C. tetani) con effetti sul sistema nervoso o cancrena (C. perfringens) Clostridium tetani Clostridium botulinum

Clostridi butirrici: • Fermentano zuccheri e carboidrati con produzione di acido butirrico, acetone e butanolo • I prodotti finali dipendono dal p. H (a basso p. H il butirrato viene ulteriormente ridotto a butanolo e acetone alla fine della crescita utilizzando H 2 prodotto) • Processo fermentativo usato su scala industriale in passato.

Corynebatteri • Batteri principalmente del suolo • Gram-positivi • Aerobi • Forma di clava o a V • Alcuni producono antibiotici • Alcuni utilizzati per la produzione di aminoacidi Brevibacterium (pelle, formaggi) Corynebacterium (piante, suolo) animali,

Attinomiceti Batteri gram-positivi Crescita filamentosa Sporigeni Grande variabilità della parete (diverse mureine). Streptomyces • Aerobi • Poche esigenze nutrizionali • Producono enzimi idrolitici e usano varie fonti di carbonio anche polimeriche (lignocellulosiche) • Crescono su suoli neutri o basici • Producono antibiotici in fase di sporulazione/carenza nutrizionale • Producono geosmine (odore di terra) Filamentous bacterium (Streptomyces spp. )