Sommario - Zanichelli

Sommario
 1 Il mondo dei microrganismi
Introduzione
4
1.1 I microrganismi
4
3.3 La replicazione dei microrganismi
eucariotici
3.4 L’origine delle cellule eucariotiche
Prospettiva 3.2 Sfruttare una storia condivisa con le piante per il
93
96
trattamento della malaria
100
101
16
3.5 Interazioni dei microrganismi eucariotici
con gli animali, le piante e l’ambiente
Sommario
Prospettiva 1.2 Ribozimi: prove di un mondo a RNA
18
19
 4 Gli archaea
1.3 Metabolismo microbico ed ecologia
24
1.4 Microrganismi e malattie
27
Sommario 34
Introduzione
4.1 Proprietà caratteristiche degli archaea
4.2 Struttura della cellula archeale
Toolbox 1.1 Amplificazione dei geni rRNA con la reazione a catena
della polimerasi
Mini-Articolo I tre domini della vita
10
12
1.2 Genetica microbica
Prospettiva 1.1 Creare materia organica da molecole inorganiche,
in laboratorio: l’esperimento di Miller e Urey
Toolbox 4.1 Strategie di somministrazione per i vaccini
 2 I batteri
4.3 La diversità degli archaea
Introduzione
38
2.1 Morfologia delle cellule batteriche
Prospettiva 4.1 Estremofili e biotecnologia
Mini-Articolo Il ruolo degli archaea nel nostro sistema digestivo
38
2.2 Il citoplasma
41
Sommario
2.3 Il citoscheletro della cellula batterica
44
2.4 L’involucro cellulare
45
Prospettiva 2.1 Gli straordinari magnetosomi!
46
Toolbox 2.1 La colorazione di Gram
55
Prospettiva 2.2 Gli involucri di protezione delle endospore
57
Mini-Articolo Nuovi metodi di microscopia rivelano un periplasma nei
Gram positivi
60
2.5 La superficie della cellula batterica
62
2.6 Tassonomia batterica
68
Sommario
70
 3 I microrganismi eucariotici
Introduzione
3.1 L a morfologia tipica delle cellule
eucariotiche
Mini-Articolo Zattere lipidiche: raggruppamenti organizzati di lipidi
76
all’interno della membrana
Toolbox 3.1 Utilizziamo la microscopia per esaminare la struttura
cellulare
Prospettiva 3.1 Dirottando il citoscheletro
82
3.2 La diversità dei microrganismi eucariotici
88
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84
87
110
110
112
117
120
122
124
129
 5 I virus
Introduzione
5.1 Un quadro generale dei virus
5.2 Origini dei virus
5.3 Coltivazione, purificazione e
quantificazione dei virus
134
134
142
Toolbox 5.1 Tecniche di coltura cellulare
Prospettiva 5.1 Determinazione della carica virale di HIV
143
145
148
5.4 Diversità dei virus
150
Toolbox 5.2 Reverse transcriptase Polymerase
Chain Reaction (RT-PCR)
154
5.5 Particelle simili ai virus
5.6 Virologia oggi
155
Mini-Articolo Nuove scoperte sull’impaccamento del DNA nel
76
105
batteriofago modello T4
Sommario
157
158
161
 6 Coltivazione dei microrganismi
Introduzione
6.1 Esigenze nutrizionali dei microrganismi
166
166
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XXI
sommario
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6.2 Fattori che influiscono sulla crescita
microbica
Toolbox 6.1 Il sistema commerciale “phenotype microarrays” per
analizzare le richieste nutrizionali dei microrganismi
6.3 Coltivare microrganismi in laboratorio
Prospettiva 6.1 La scoperta di Helicobacter pylori
Toolbox 6.2 Andando a pesca (“FISHing”) di batteri non coltivati
Mini-Articolo Ottenere la crescita di microrganismi finora non
168
9.3 Enzimi di restrizione, vettori e clonaggio 278
9.4 Ricombinazione e trasferimento del DNA 285
169
Prospettiva 9.1 Plasmidi che inducono patogenicità
Mini-Articolo La scoperta della trasduzione
290
298
Sommario
302
173
178
181
coltivabili, con il sistema delle membrane su substrato
di suolo (SSMS – Soil Substrate Membrane System) 182
6.4 Misurare la crescita della popolazione
batterica
Prospettiva 6.2 Mycobacterium leprae, un patogeno dalla crescita
straordinariamente lenta
Prospettiva 6.3 L’intestino umano, una coltura continua
7.4 Traduzione
7.5 Gli effetti delle mutazioni
Mini-Articolo I telomeri che agiscono da promotori
Prospettiva 7.1 Utilizzo delle mutazioni per il controllo
delle infezioni virali
Sommario
10.2 Analisi genomica dell’espressione genica 314
10.3 Genomica comparata
320
204
204
211
217
219
223
229
232
235
236
 8 Strategie di replicazione virale
Introduzione
8.1 Riconoscimento delle cellule ospiti
Toolbox 8.1 Western blot
8.2 Ingresso e spoliazione virale
8.3 Replicazione virale
8.4 Assemblaggio e uscita virale
8.5 Farmaci antivirali
240
240
242
244
248
255
Prospettiva 8.1 Il DNA microarray e il virus della SARS
Mini-Articolo La scoperta della trascrittasi inversa
256
258
260
Sommario
262
 9 Analisi genetica nei batteri
Introduzione
9.1 I batteri come soggetti della ricerca
genetica
9.2 Ceppi, mutanti e mutazioni
Toolbox 9.1 Isolamento di mutanti nutrizionali
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306
310
312
191
193
genica
le proteine che si legano al DNA
306
184
 7 Replicazione del DNA ed espressione
Toolbox 7.1 Esperimenti di ritardo elettroforetico per identificare
Introduzione
10.1 Sequenziamento genomico
Prospettiva 10.1 Velocità di sequenziamento del DNA
Toolbox 10.1 Database genomici
6.5 Eliminare i batteri o prevenirne la crescita 193
Sommario
199
Introduzione
7.1 Il ruolo del DNA
7.2 Replicazione del DNA
7.3 Trascrizione
10 Genomica dei microrganismi
268
Prospettiva 10.2 Il genoma minimo
Mini-Articolo Sequenza genomica di un batterio killer
321
322
10.4 Metagenomica
Sommario
325
327
11 Regolazione dell’espressione genica
Introduzione
11.1 Espressione genica differenziale
11.2 L’operone
11.3 Regolazione globale
Mini-Articolo Modulazione dei promotori per la synthetic biology
Prospettiva 11.1 Uso di analoghi del lattosio in studi
di espressione genica
11.4 Controllo post-trascrizionale
dell’espressione genica
Toolbox 11.1 Uso di RNA per diminuire l’espressione genica
11.5 Quorum sensing
11.6 Sistemi di regolazione a due componenti
11.7 Chemiotassi
Sommario
332
332
334
339
340
344
347
349
350
354
356
360
12 Biotecnologie microbiche
Introduzione
12.1 I microrganismi e le biotecnologie
Prospettiva 12.1 Bioprospezione: a chi appartengono
i microrganismi?
12.2 Modificazioni genetiche
Toolbox 12.1 Mutagenesi sito-diretta
Toolbox 12.2 Purificazione di proteine di fusione
Mini-Articolo Costruzione di un genoma sintetico
12.3 Biotecnologie rosse
12.4 Biotecnologie bianche
Prospettiva 12.2 Biocarburanti: biodiesel e alghe
364
365
366
369
371
376
378
380
382
386
268
12.5 Biotecnologie verdi
272
274
Toolbox 12.3 Trasformazione di piante mediante batteri
392
394
Sommario
398
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XXII
sommario
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13 Metabolismo
Introduzione
13.1 Energia, enzimi e ATP
Prospettiva 13.1 A chi servono le vitamine?
13.2 Processi centrali nella sintesi di ATP
13.3 Uso del carbonio tra i microrganismi
13.4 La respirazione e il sistema di trasporto
degli elettroni
Prospettiva 13.2 Batteri elettrogeni e celle microbiche
a combustibile
13.5 Metabolismo delle fonti di carbonio
diverse dal glucosio
Toolbox 13.1 Il metabolismo e l’identificazione rapida
dei batteri
13.6 Fototrofia e fotosintesi
13.7 Metabolismo dello zolfo e dell’azoto
13.8 Biosintesi dei componenti cellulari
Mini-Articolo Sequenza genomica di un simbionte di acque
marine abissali
Sommario
404
404
407
408
413
424
428
431
433
Toolbox 14.1 Utilizzo di microarray per esaminare le comunità
microbiche: il GeoChip
14.2 Cicli guidati dal metabolismo
del carbonio
Prospettiva 14.1 CO2 come gas serra e la sua influenza sul
cambiamento climatico
14.3 Cicli guidati dal metabolismo
dell’azoto
Mini-Articolo Il primo isolamento e coltivazione di un
in librerie metagenomiche, basato sull’analisi
dell’espressione genica
Prospettiva 15.1 Classificazione dei batteri “non coltivabili”
e “non caratterizzati”
Introduzione
528
16.1 Il deterioramento degli alimenti
528
16.2 La conservazione degli alimenti
532
16.3 La fermentazione alimentare
538
16.4 Malattie di origine alimentare
544
16.5 Gli aspetti microbiologici della qualità
dell’acqua
561
455
17 Simbionti microbici
460
461
463
465
466
475
482
484
15 Ecosistemi microbici
Toolbox 15.1 Citometria a flusso
Mini-Articolo Un metodo per l’identificazione di geni catabolici
e dell’acqua
Sommario
480
Introduzione
15.1 I microrganismi nell’ambiente
15.2 Struttura delle comunità microbiche
16 La microbiologia degli alimenti
452
14.4 L’interconnessione dei cicli
Sommario
523
449
444
478
per l’ambiente provenienti dalle miniere
Sommario
546
552
553
554
558
archea marino
Prospettiva 14.2 La microbiologia dei drenaggi acidi e tossici
515
Prospettiva 16.1 Le implicazioni del bulking nei fanghi attivi
Toolbox 16.1 Misurare la domanda biochimica di ossigeno (BOD)
Mini-Articolo Rimozione biologica del fosforo potenziata
Toolbox 16.2 Il metodo MPN (Most Probable Number)
435
14 Cicli biogeochimici
Introduzione
14.1 Cicli dei nutrienti
15.5 Ecosistemi profondi del sottosuolo
e di aree geotermiche
488
488
492
497
Introduzione
566
17.1 Le tipologie d’interazione
microrganismo-ospite
567
17.2 I simbionti delle piante
568
17.3 Licheni
573
17.4 I simbionti dei vertebrati
575
575
581
584
591
Toolbox 17.1 Animali axenici e gnotobiotici
Prospettiva 17.1 I probiotici funzionano?
Mini-Articolo I microrganismi causano obesità?
Prospettiva 17.2 I bovini contribuiscono al cambiamento climatico
17.5 I simbionti degli invertebrati
Prospettiva 17.3 Midichlorians: non solo per Jedi
Prospettiva 17.4 La morte delle barriere coralline
591
596
599
Sommario
601
18 Introduzione alle malattie
infettive
Introduzione
606
18.1 Microrganismi patogeni
607
610
Toolbox 18.1 Misurare la virulenza di un patogeno
18.2 Strategie di virulenza dei microrganismi 612
Prospettiva 18.1 Difese dell’ospite nei batteri
616
18.3 La trasmissione delle malattie infettive
617
498
18.4 Cause comprovate ed effetti delle
infezioni microbiche
501
Prospettiva 18.2 L’armadillo: un modello animale ideale?
501
503
18.5 L’evoluzione dei patogeni
Prospettiva 15.2 “Le zone morte”
Mini-Articolo Epidemiologia di una malattia infettiva
629
630
15.4 Ecosistemi terrestri
509
Sommario
637
15.3 Ecosistemi acquatici
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625
628
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19 Difese innate e adattative nei confronti
Prospettiva 21.3 SV40 e i tumori umani
Mini-Articolo I virus che causano il cancro influenzando
767
642
21.4 Evoluzione dei patogeni virali
772
642
Prospettiva 21.4 Problemi etici relativi alla ricerca
dell’invasione microbica
Immunità innata: Introduzione
19.1 Immunità
19.2 Barriere contro l’infezione
19.3 La risposta infiammatoria
19.4 Le molecole del sistema innato
19.5 Le cellule dell’immunità innata
19.6 Le difese degli invertebrati
Immunità adattativa: Introduzione
19.7 Caratteristiche dell’immunità adattativa
19.8 I linfociti T
19.9 Processamento dell’antigene
19.10 Cellule presentanti l’antigene
19.11 Risposta immunitaria umorale e
cellulo-mediata
19.12 I linfociti B e la produzione di anticorpi
Sommario
la proliferazione cellulare
643
646
648
656
664
666
667
669
673
678
682
683
694
20 Patogenesi delle infezioni batteriche
Introduzione
20.1 Fattori di virulenza dei batteri
Mini-Articolo E. coli inietta il suo stesso recettore nelle
cellule bersaglio
Toolbox 20.1 Sierotipizzazione
Prospettiva 20.1 Il lato buono, quello brutto e quello cattivo
della tossina botulinica
Prospettiva 20.2 Tamponi super assorbenti e superantigeni
20.2 Sopravvivenza nell’ospite: strategie e
conseguenze
702
702
708
710
716
723
Prospettiva 20.3 Ferro, vampiri, moda e la peste bianca
Toolbox 20.2 Il test della tubercolina per la tubercolosi
728
729
736
20.3 Evoluzione dei batteri patogeni
737
Prospettiva 20.4 Gli antibiotici inducono la produzione
delle tossine?
Sommario
740
744
21 Patogenesi virale
Introduzione
21.1 Temi ricorrenti nella patogenesi virale
Prospettiva 21.1 Trasmissione verticale di HIV
21.2 Interazioni con l’ospite: strategie e
conseguenze
Prospettiva 21.2 Induzione virale dell’apoptosi
21.3 Infezioni virali e cancro
Toolbox 21.1 Immunoprecipitazione
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XXIII
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750
750
755
sull’influenza aviaria
Sommario
768
778
778
22 Patogenesi delle infezioni da
microrganismi eucariotici
Introduzione
22.1 Meccanismi di patogenesi dei
microrganismi eucariotici
Mini-Articolo Un sistema sperimentale per lo studio
della genomica della grafiosi
Prospettiva 22.1 Pneumocystis jirovecii o carinii: la tassonomia
in continua evoluzione
Prospettiva 22.2 I funghi allucinogeni
22.2 Studio di un patogeno:
Plasmodium falciparum
Toolbox 22.1 Test per la malaria
23.3 I patogeni eucariotici macroscopici
22.4 Evoluzione dei patogeni eucariotici
782
782
786
789
795
797
800
802
Prospettiva 22.3 I chitridi: patogeni fungini emergenti
804
806
Sommario
808
23 Controllo delle malattie infettive
Introduzione
23.1 Aspetti storici del trattamento e
controllo delle malattie infettive
23.2 Farmaci antimicrobici
23.3 Resistenza ai farmaci antimicrobici
Toolbox 23.1 Test di sensibilità agli antibiotici e CMI
Mini-Articolo I microrganismi del suolo possiedono
un’estesa resistenza agli antibiotici
Prospettiva 23.1 La ricerca di nuovi antibiotici:
perché preoccuparsi?
Prospettiva 23.2 Infezioni associate all’assistenza sanitaria:
un modo sicuro per andare incontro a resistenze
Prospettiva 23.3 Terapia fagica: controllo biologico delle infezioni
812
812
813
824
828
832
835
836
837
23.4 Prevenzione e controllo delle epidemie 838
23.5 Immunizzazione e vaccini
841
Prospettiva 23.4 Variolizzazione: infezione intenzionale
col virus del vaiolo
Sommario
842
852
758
760
Appendici857
762
766
Indice analitico871
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