Salute e malattia
I batteri sono un grande e diverso gruppo di procarioti che hanno colonizzato molte aree del mondo, dagli oceani alle paludi e persino i tratti digestivi degli animali. Una caratteristica quasi universale dei batteri è la presenza di una parete cellulare costituita da peptidoglicano. Questa parete cellulare si trova fuori dalla debole membrana cellulare che circonda la cellula batterica. Le variazioni nella parete cellulare tra batteri permettono di usarla nell'identificazione, e la natura essenziale della parete cellulare ha fornito un bersaglio nel trattamento di molte malattie batteriche.
La debole membrana batterica della maggior parte degli eubatteri è circondata da una parete cellulare composta di peptidoglicano, noto anche come mureina. Il peptidoglicano consiste di due zuccheri amminici con una catena di cinque acidi amino che si estende da uno degli zuccheri amminici. Gli zuccheri amminici sono zuccheri che hanno un'ammina sostituita per uno degli idrossili su un atomo di carbonio. Unità individuali di peptidoglicano sono collegate insieme in catene dalla rimozione di una molecola d'acqua dagli zuccheri amminici, lasciando un legame chiamato legame glicosidico. Queste catene sono poi incrociate da legami peptidici tra gli acidi amino che si estendono dalle catene di peptidoglicano.
La parete cellulare batterica è spesso una delle prime caratteristiche usate per identificare e classificare i batteri. La colorazione di Gram usa un colorante viola (violetto di cristallo o blu di metilene), seguito da soluzione di iodio di Gram per colorare i batteri. I batteri vengono poi risciacquati con decolorante (miscela di etanolo e acetone) e l'aggiunta di un colorante rosa (fuchsina basica o safranina). Dopo la colorazione di Gram, i batteri gram-positivi come Staphylococcus aureus appaiono viola poiché la loro parete cellulare più spessa trattiene la grande molecola formata dal violetto di cristallo e iodio. I batteri gram-negativi come Escherichia coli appaiono rosa poiché la loro sottile parete cellulare trattiene il colorante rosa ma non quello viola.
Alcuni batteri medicalmente importanti possiedono un rivestimento ceroso sulla parete cellulare che produce un debole risultato gram-positivo durante la colorazione di Gram. Questi batteri includono membri del genere Mycobacterium che causano lebbra e tubercolosi. Nella colorazione acido-resistente, un colorante rosso (carbolfucsina) è usato per colorare i batteri seguito da un risciacquo decolorante con soluzione acido-alcol e controcolorato con blu di metilene. I batteri acido-resistenti appaiono rossi su sfondo viola poiché resistono alla decolorazione dalla soluzione acido-alcol.
Molti antibiotici sono stati trovati e modificati che attaccano la sintesi della parete cellulare nei batteri. Tra i più famosi c'è la penicillina. I batteri usano enzimi per sciogliere le catene di peptidoglicano permettendo la crescita dopo la fissione binaria. Queste catene vengono poi ricollegate a catene appena aggiunte. La penicillina mira specificamente all'enzima che ricollega le catene, causando la rottura dei batteri dalla tensione posta sulla loro debole membrana cellulare. Poiché gli umani e altri eucarioti mancano di una parete cellulare di peptidoglicano e degli enzimi necessari per la sintesi della parete cellulare batterica, la penicillina mira al batterio ignorando l'ospite. Tuttavia, alcuni individui possono sviluppare una risposta allergica alla penicillina potenzialmente letale.
La penicillina è un composto naturale prodotto da muffe appartenenti al genere Penicillium. Non è quindi sorprendente che la presenza naturale di penicillina abbia portato alla capacità di alcuni batteri di contrastare questo composto. La penicillinaasi è un enzima che rompe una caratteristica specifica nella struttura della penicillina e composti strettamente correlati. La penicillinaasi è codificata su plasmidi, brevi pezzi di DNA che replicano indipendentemente dal genoma batterico e possono essere trasmessi tra batteri. Ceppi produttori di penicillinaasi di batteri patogeni sono diventati sempre più comuni con l'uso diffuso e indiscriminato di questi antibiotici.
Il genere Mycoplasma è unico tra i batteri in quanto manca completamente di parete cellulare. Questi batteri superano la debolezza di una membrana cellulare batterica incorporando composti chiamati steroli nella loro membrana cellulare. Interessantemente, i batteri non sono in grado di produrre gli steroli, acquisendo questi composti da un organismo ospite. Membri del genere Chlamydia deviano anche dalla norma del peptidoglicano usando proteine al suo posto.
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