Tassonomia del genere Mycobacterium - PowerPoint PPT Presentation

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Tassonomia del genere Mycobacterium

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Tassonomia del genere Mycobacterium Enrico Tortoli Centro Regionale di Riferimento per i Micobatteri Firenze Le pietre miliari della tassonomia Adamo autorizzato ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Tassonomia del genere Mycobacterium


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Tassonomia del genere Mycobacterium
  • Enrico Tortoli
  • Centro Regionale di Riferimento
  • per i Micobatteri
  • Firenze

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Le pietre miliari della tassonomia
  • Adamo è autorizzato da Dio a dare un nome a tutti
    gli esseri viventi (Genesi 2.19)
  • 4o secolo a.C., Aristotele si cimenta nella
    differenziazione di piante ed animali
  • 1o secolo d.C., Plinio il vecchio dedica 4 libri
    della Naturalis historia alla zoologia, e 8 alla
    botanica
  • 18o secolo Linneo introduce il sistema binomio

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Pietre miliari nella tassonomia dei micobatteri
  • 1896 Lehmann e Neuemann descrivono
  • Il genere Mycobacterium
  • M. leprae
  • M. tuberculosis
  • 1899 descrizione di
  • M. smegmatis
  • M. phlei
  • 1901 descrizione di M. avium
  • 1923 descrizione di
  • M. paratuberculosis
  • M. chelonae
  • 1926 descrizione di M. marinum
  • 1938 descrizione di M. fortuitum

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Pietre miliari nella tassonomia dei micobatteri
  • 1967 L. Wayne fonda lo IWGMT
  • Analisi dei caratteri fenotipici
  • Tassonomia numerica
  • Studi cooperativi
  • 1987 lo IWGMT riconosce il valore degli studi
    basati sullomologia del DNA
  • Ceppi con omologia gt70 appartengono alla stessa
    specie
  • 1990 E. Böttger adotta, per primo, il
    sequenziamento genico per lanalisi della
    tassonomia del genere Mycobacterium

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Classificazione
  • regno Bacteria
  • tipo Actinobacteria
  • classe Actibobacteridae
  • ordine Actinomycetales
  • famiglia Corynebacteriaceae
  • - genere Mycobacterium

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I complessi
  • M. tuberculosis complex
  • M. avium complex
  • M. terrae complex
  • M. fortuitum complex

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La tassonomia dei micobatteri
  • fino agli anni 80
  • basata esclusivamente sui caratteri fenotipici
  • negli ultimi 15 anni
  • sempre più basata sui caratteri genotipici

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Tassonomia basata sul genotipo
  • Le varie regioni del genoma sono soggette alle
    mutazioni in maniera diversa
  • I geni che codificano per funzioni essenziali
    (house keeping genes) sono poco soggetti alle
    mutazioni e le rare sostituzioni di nucleotidi
    sono conservative
  • Nelle regioni non codificanti le mutazioni sono
    largamente tollerate
  • A metà strada si collocano le regioni codificanti
    per funzioni non essenziali e, fra le regioni
    non codificanti, quelle che vengono trascritte

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Principali target genetici degli studi tassonomici
  • 16S rDNA
  • 23S rDNA
  • hsp65
  • ITS
  • rpoB

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Il 16S rRNA
  • 1.500 pb
  • altamente conservato
  • divergenza lt6
  • singola copia nei micobatteri a crescita lenta
    doppia copia in quelli a crescita rapida
  • 2 regioni ipervariabili
  • A elica 10 (inizio posiz. 120)
  • B elica 18 (inizio posiz. 430)

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Lelica 18 del 16S rRNA
M. tuberculosis 5 CCA TCG ACG AAG GTC
CGG GTT CTC TCG GAT TGA CGG TAG GTG GAG AAG AAG
C M. chelonae 5 GTA GGG ACG AAG CGA
AGG TGA CGG TAC CTA CAG AAG AAG G M. simiae
5 GCA GGG ACG AAG CGC AAG TGA CGG TAC
CTG CAG AAG AAG C M. terrae 5 GTA TCG GCG AAG
CTC CGT GGT TTT CTG CGG GGT GAC GGT AAC TGG AGA
AGA AGC  
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Lelica 18 del 16S rRNA
M. tuberculosis 5 CCA TCG ACG AAG GTC
CGG --G TTC TCT CGG ATT GAC GGT AGG TGG AGA AGA
AGC M. chelonae 5 GTA GGG ACG AAG
CGA AGG --- --- --- --- --T GAC GGT ACC TAC AGA
AGA AGG M. simiae 5 GCA GGG ACG
AAG CGC AAG --- --- --- --- --T GAC GGT ACC TGC
AGA AGA AGC M. terrae 5 GTA TCG GCG AAG CTC
CGT GGT TTT CTG CGG GGT GAC GGT AAC TGG AGA AGA
AGC  
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Lelica 10 del 16S rRNA
M. tuberculosis 5 CAC TTC GGG ATA AGC CTG GGA
AAC TGG GTC TAA TAC CGG ATA GGA CCA CGG GAT GCA
TGT CT M. simiae 5 CAC TTC GGG ATA AGC
CTG GGA AAC TGG GTC TAA TAC CGG ATA TGA CCA CGG
AAC GCA TGT TT M. chelonae 5 CAC TCT GGG
ATA AGC CTG GGA AAC TGG GTC TAA TAC CGG ATA TGA
CCA CAC ACT TCA TGG TG M. terrae 5 CAC
TCT GGG ATA AGC CTG GGA AAC TGG GTC TAA TAC CGG
ATA GGA CCG CGC GCT TCA TGG TG M. smegmatis
5 CAC TTT GGG ATA AGC CTG GGA AAC TGG GTC TAA
TAC CGA ATA GAC CCT TCT GAT CCG ATG GTC
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Lelica 10 del 16S rRNA
M. tuberculosis 5 CAC TTC GGG ATA AGC CTG GGA
AAC TGG GTC TAA TAC CGG ATA GG-A CCA CGG GAT GCA
TGT CT M. simiae 5 CAC TTC GGG ATA AGC
CTG GGA AAC TGG GTC TAA TAC CGG ATA TG-A CCA CGG
AAC GCA TGT TT M. chelonae 5 CAC TCT GGG
ATA AGC CTG GGA AAC TGG GTC TAA TAC CGG ATA TG-A
CCA CAC ACT TCA TGG TG M. terrae 5 CAC
TCT GGG ATA AGC CTG GGA AAC TGG GTC TAA TAC CGG
ATA GG-A CCG CGC GCT TCA TGG TG M. smegmatis
5 CAC TTT GGG ATA AGC CTG GGA AAC TGG GTC TAA
TAC CGA ATA GACC CTT CTG ATC CGA TGG TC
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Filogenesi basata sul 16S rDNA
  • Micobatteri a crescita lenta
  • Specie a crescita lenta classiche
  • Specie correlate a M. simiae
  • Specie correlate a M. terrae
  • Micobatteri a crescita rapida
  • Specie a crescita rapida classiche
  • Specie a crescita rapida termotolleranti

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I T S
  • Spaziatore interposto fra rDNA 16S e rDNA 23S
  • Lunghezza compresa fra 270 a 400 pb con
    variabilità concentrata in un tratto di 220 pb
  • Molte specie ne hanno più di una copia
  • A causa dellelevata variabilità molte specie
    sono caratterizzate da più di un sequevar nel
    ITS i sequevar sono particolarmente numerosi in
  • MAC
  • M. fortuitum complex
  • M. gordonae
  • M. kansasii

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23S rDNA
  • 3.115 pb
  • Tratto variabile lungo 250 pb
  • Altissimamente conservato, alcune specie (in
    particolare quelle del MAC) non sono ben
    differenziabili

18
hsp65
  • Gene codificante per la heath shock protein da 65
    kDa
  • Lunghezza 4.400 pb con 2 regioni ipervariabili
    incluse in un tratto variabile di 420 pb
  • Variabilità superiore a quella del 16S rDNA
  • Miglior potere discriminatorio delle specie
    strettamente correlate
  • Bassa variabilità intra-specie

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rpoB
  • Gene lungo 3.500 pb codificante per una (la ß)
    delle 5 subunità della RNA polimerasi, il
    principale enzima del processo di trascrizione
  • Altamente conservato ma più variabile del 16S
    rDNA
  • Presente in singola copia
  • Un tratto ipervariabile di 300 pb, include lhot
    spot in cui si concentrano le mutazioni associate
    alla resistenza alla rifampicina
  • Un secondo tratto ipervariabile di 720 pb è
    particolarmente idoneo ala differenziazione delle
    specie micobatteriche a crescita rapida
  • Ceppi con divergenza gt3 specie differenti
  • Ceppi con divergenza lt2 singola specie

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Contenuto di GC
  • I micobatteri hanno un contenuto di guanina
    citosina (61 - 71 mol) più alto rispetto agli
    altri microorganismi
  • Alcuni generi correlati al genere Mycobacterium
    hanno un alto contenuto di GC
  • Linformazione fornita dal contenuto di GC ha
    un significato grossolanamente comparabile a
    quello dellalcol-acido resistenza

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Analisi filogenetica
  • Il tipo e la posizione delle mutazioni forniscono
    importanti informazioni per la filogenesi
  • Gli alberi filogenetici sono rappresentazioni
    grafiche del cammino dellevoluzione
  • Diversi algoritmi
  • Neighbor joining, Maximum likelihood, . . .
  • Bootstrap analisi della robustezza dellalbero
  • Diverse rappresentazioni grafiche
  • Fenogrammma, cladogramma, curvogramma, . . .

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Analisi filogenetica
  • Il tipo e la posizione delle mutazioni forniscono
    importanti informazioni per la filogenesi
  • Gli alberi filogenetici sono rappresentazioni
    grafiche del cammino dellevoluzione
  • Diversi algoritmi
  • Neighbor joining, Maximum likelihood, . . .
  • Bootstrap analisi della robustezza dellalbero
  • Diverse rappresentazioni grafiche
  • Fenogrammma, cladogramma, curvogramma, . . .

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Analisi filogenetica
  • Il tipo e la posizione delle mutazioni forniscono
    importanti informazioni per la filogenesi
  • Gli alberi filogenetici sono rappresentazioni
    grafiche del cammino dellevoluzione
  • Diversi algoritmi
  • Neighbor joining, Maximum likelihood, . . .
  • Bootstrap analisi della robustezza dellalbero
  • Diverse rappresentazioni grafiche
  • Fenogrammma, cladogramma, curvogramma, . . .

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Analisi filogenetica
  • Il tipo e la posizione delle mutazioni forniscono
    importanti informazioni per la filogenesi
  • Gli alberi filogenetici sono rappresentazioni
    grafiche del cammino dellevoluzione
  • Diversi algoritmi
  • Neighbor joining, Maximum likelihood, . . .
  • Bootstrap analisi della robustezza dellalbero
  • Diverse rappresentazioni grafiche
  • Fenogrammma, cladogramma, curvogramma, . . .

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Discrepanze emergenti dallanalisi filogenetica
di regioni diverse
  • Correlazioni in base al 16S rDNA
  • Complesso M. fortuitum, M. peregrinum
  • Complesso M. chelonae, M. abscessus
  • Complesso M. smegmatis
  • Correlazioni in base al rpoB
  • Complesso M. fortuitum, M. peregrinum
  • Complesso M. chelonae, M. abscessus
  • Complesso M. mucogenicum
  • Complesso M. mageritense
  • Complesso M. smegmatis
  • Complesso M. wolinskyi

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Una proposta interessante
  • Lanalisi filogenetica di vari geni combinati in
    ununica sequenza ne aumenta il potere
    discriminatorio
  • Geni sparsi qua e là nel genoma forniscono
    unimmagine più fedele dellevoluzione
    dellintero cromosoma
  • PROBLEMA non esiste un database

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Evoluzione dei micobatteri
a crescita lenta
a crescita lenta, correlati a M. terrae
a crescita lenta, correlati a M. simiae
a crescita rapida, termotolleranti
a crescita rapida
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I caratteri fenotipici
  • Caratteri biochimici
  • Caratteri colturali
  • Velocità di crescita
  • Pigmento
  • Temperature di crescita
  • Analisi dei lipidi di parete
  • Sensibilità agli antibiotici

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Principali caratteri tassonomici
  • Ruolo centrale del genotipo (sequenziamento e/o
    omologia DNA-DNA)
  • Criteri fenotipici di esclusione
  • Velocità di crescita
  • Pigmento
  • Temperature di crescita
  • Composizione lipidica della parete
  • Caratteri fenotipici ausiliari
  • Sensibilità agli antibiotici (specie a crescita
    rapida)

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Gennaio 2009 il genere Mycobacterium
  • 133 specie ufficialmente riconosciute
  • 7 specie, ben caratterizzate, ma non
    ufficialmente riconosciute
  • Specie a crescita rapida 53
  • Specie a crescita lenta 47
  • Specie non cromogene 51
  • Specie scotocromogene 46
  • Specie fotocromogene 3
  • Specie patogene 61
  • Specie isolate esclusivamente dallambiente 17
  • Specie isolate dalluomo ma non patogene 16
  • Specie isolate esclusivamente da animali 6
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