DOMANDE MICROBIOLOGIA GENERALE E ALIMENTARE

Domande di microbiologia generale e alimentare

Generale

1. Quali sono le dimensioni dei batteri?

I batteri sono invisibili ad occhio nudo in quanto hanno dimensioni di pochi micrometri, circa 0,2-3 μm.

Per questo motivo è necessario utilizzare un microscopio ottico per vederli, ingrandimento totale 1000X.

Essi presentano diverse varietà di forme: bastoncellare, bacilli, a virgola, spirale, sferica, cocchi, e possono dare luogo a strutture aggregate più complesse, esempi: tetradi, sarcine, stafilococchi.

2. Quali sono le differenze tra procarioti ed eucarioti?

I procarioti sono cellule molto piccole con dimensioni di circa 0,2-3 μm, non hanno un’organizzazione cellulare compartimentata e le cellule contengono citoplasma, ribosomi (70S) e materiale genetico libero.

Il cromosoma è generalmente uno solo, raramente sono di più ma mai accoppiati, ed essi possono effettuare riproduzione solamente per scissione binaria.

Gli Eucarioti sono invece cellule di dimensioni maggiori, circa 100-150 μm, con compartimentazione interna con diversi organelli, mitocondri, Lisosomi…, i ribosomi (80S) e il nucleo che contiene il materiale genetico.

In queste cellule sono presenti due o più cromosomi a coppie e possono effettuare la riproduzione per mitosi o meiosi.

3. Con quale obiettivo si osserva il licheniformis a microscopio ottico con oculare 10X?

Essendo un m.o. di ridotte dimensioni, ordine dei micrometri, 10^-6 m, si utilizza un obiettivo con ingrandimento 100X con un oculare 10X per permettere un ingrandimento complessivo 1000X, utile per l’osservazione.

Infatti, essendo il m.o. di dimensioni dell’ordine dei micrometri: 10^-6*1000 = 10^-3 = millimetri. I millimetri rientrano nel visibile: è possibile vedere da 0,5 mm.

4. Come è costituita una membrana cellulare?

La membrana cellulare ha il compito di dividere l’interno della cellula dall’ambiente esterno.

Essa è formata da un doppio strato fosfolipidico che definisce il modello a mosaico fluido.

La parte idrofila, cioè le teste polari e i fosfati dei fosfolipidi, è a contatto con l’ambiente esterno alla cellula e con l’interno e permette alla cellula di poter persistere in soluzione.

La parte idrofobica, cioè le code apolari di acidi grassi dei fosfolipidi, è la parte interna della membrana e crea uno strato idrofobico.

Sulla membrana possono essere inoltre presenti steroli, che contribuiscono a dare rigidità, e proteine di membrana, con diverse funzioni, che possono trovarsi legate all’interno, all’esterno o attraversare la membrana.

5. Membrana degli archei

La membrana degli archei può essere formata da dieteri di glicerolo o da tetraeteri di diglicerolo.

Nel primo caso, si avrà un doppio strato lipidico formato da due strati di dieteri di glicerolo.

Nel secondo caso, si avrà un singolo strato lipidico formato da uno strato di tetraeteri di diglicerolo.

6. Quali sono le funzioni della membrana?

Le funzioni della membrana citoplasmatica sono:

• Barriera selettiva permeabile: è selettiva per il trasporto di molecole all’interno della cellula e permette l’ingresso, tramite diffusione o attraverso strutture di trasporto, a specifiche molecole.
• Sito di ancoraggio: per le proteine di trasporto e coinvolte nel metabolismo.
• Conservazione di energia: permette di mantenere la differenza di cariche e quindi di mantenere il potenziale di membrana. Essa non è permeabile a protoni ed elettroni, carichi, e permette di generare un gradiente ionico tra la parte interna e esterna della membrana.

7. Elenca e descrivi sinteticamente i sistemi di trasporto di membrana

I sistemi di trasporto si dividono in:

• Sistemi di trasporto passivo, sfruttano il gradiente di concentrazione: diffusione attraverso un poro, attraverso la membrana per piccole molecole poco polari o diffusione facilitata, uniporto, utilizza proteine trans-membrana per molecole specifiche. La diffusione è aspecifica, mentre il trasporto tramite proteine è specifico per molecola.
• Sistemi di trasporto attivo, contro gradiente, utilizzano energia.
• Secondario: utilizzano il gradiente di concentrazione di uno ione come fonte di energia per il trasporto controgradiente di una molecola. Comprende i sistemi di simporto, la molecola entra nella cellula contemporaneamente all’ingresso dello ione, e di antiporto, la molecola entra nella cellula contemporaneamente all’uscita dello ione.
• Primario: comprende il sistema ABC, ATP binding cassette, utilizza una proteina esterna specifica per l’identificazione della molecola, un canale transmembrana e una proteina interna che idrolizza l’ATP, e il sistema PEP-PTS, fosfoenolpiruvato-fosfotransferasi, utilizza 4 proteine intramembrana e una transmembrana per fosforilare uno zucchero, glucosio, ed introdurlo nella cellula.

Tutte le molecole attraversano la membrana cellulare secondo gradiente di concentrazione, trasporto passivo, o contro gradiente, trasporto attivo, con consumo di energia.

Il trasporto passivo comprende: la diffusione attraverso un poro o attraverso la membrana per molecole apolari o piccole e poco polari oppure una diffusione facilitata, uniporto, mediata da una proteina trans-membrana.

La diffusione è aspecifica, mentre il trasporto tramite proteine è specifico per molecola.

Il trasporto attivo può essere primario o secondario.

Il secondario comprende i sistemi di simporto e antiporto che utilizzano il gradiente di concentrazione di uno ione come fonte di energia per il trasporto controgradiente di una molecola.

Con il simporto la molecola si muove nella stessa direzione dello ione iniziale mentre con l’antiporto, si muove nella direzione opposta.

Nel trasporto attivo primario comprende i meccanismi ABC e PEP-PTS.

L’ATP binding cassette prevede l’intervento di una proteina specifica esterna alla cellula che riconosce la molecola, di un canale transmembrana, attraverso il quale passa la molecola, e di una proteina interna che idrolizza l’ATP e permette l’ingresso della molecola nella cellula.

Il sistema PEP-PTS, fosfoenolpiruvato - fosfotransferasi, prevede una catena di 4 proteine intramembrana dove la prima ottiene, da una molecola di fosfoenolpiruvato, un gruppo fosfato che viene trasferito da una proteina all’altra fino ad una proteina transmembrana che lega il fosfato ad uno zucchero, glucosio, ottenuto dall’esterno.

La proteina transmembrana è selettiva e permette la fosforilazione del glucosio.

8. Descrivi il protocollo e i reattivi utilizzati per effettuare la colorazione di Gram

La colorazione di Gram è un protocollo che prevede la colorazione di cellule batteriche al fine di differenziarle in gram positivi e gram negativi.

Il protocollo prevede lo striscio del campione su un vetrino e fissazione al calore.

Il campione viene poi trattato con un colorante violetto, Cristal violetto, che farà acquisire a tutti i batteri questa colorazione.

Si tratta poi il preparato con una soluzione di ioduro di potassio e iodio, mordente, che fissa il colore alla parete batterica.

Il vetrino viene poi “sciacquato” con etanolo che permette di rimuovere il colorante dalla membrana esterna dei gram - in quanto il loro strato di peptidoglicano è sottile e non trattiene il colore.

Al contrario, non ha effetto sulla spessa parete di peptidoglicano dei gram + che trattiene il colore nonostante la decolorazione.

Si effettua poi una colorazione di contrasto con Safranina che rende i gram negativi di colore rosa.

9. Cos’è il passaggio differenziale nella colorazione di Gram+ e Gram-?

La colorazione di Gram avviene tramite 5 passaggi: fissazione delle cellule al calore, colorazione primaria con cristalvioletto, trattamento con ioduro di potassio, mordente, decolorazione con etanolo e, infine, colorazione di contrasto con safranina.

La differenza tra i due sta nel fatto che, una volta reidratati dopo la decolorazione con etanolo, i Gram+ restano colorati di viola, cristalvioletto, mentre i Gram- perdono il loro colore viola e, trattati poi con safranina, acquistano un colore rosso.

10. Come si fa ad identificare i Gram+ dai Gram-?

Si può identificare la tipologia di batterio attraverso la colorazione di Gram.

Essa avviene tramite 5 passaggi: fissazione delle cellule al calore, colorazione con cristalvioletto, trattamento con ioduro di potassio, mordente, decolorazione con etanolo e colorazione di contrasto con safranina.

Il passaggio utilizzato per differenziare le due tipologie di batteri è la decolorazione con etanolo.

Infatti, una volta reidratati, dopo la decolorazione con etanolo, i Gram+ restano colorati di viola, cristalvioletto, mentre i Gram- perdono il loro colore viola e, trattati con safranina, acquistano colorazione rossastra.

11. Descrivi la parete batterica, sia Gram+ che Gram-

I batteri presentano tutti una parete cellulare che conferisce rigidità e si oppone agli stress osmotici.

Essa è composta da peptidoglicano, un polimero formato da polisaccaridi con ripetizione degli aminozuccheri N-acetiglucosammina e acido N-acetilmuranico con corta catena peptidica.

I legami sono di natura covalente: glicosidici e peptidici.

La parete dei gram positivi è spessa e comprende oltre al peptidoglicano anche acidi teicoici, idrofili, che sporgono verso l’esterno della cellula, e acidi lipoteicoici, lipofili, che affondano nella parete.

La parete dei gram negativi è invece più sottile perché è coperta da una membrana esterna di protezione.

Quest’ultima è asimmetrica in quanto contiene strutture immunologiche sporgenti, i lipopolisaccaridi.

Essi sono distinguibili in: antigene 0, che si estende verso l’esterno, core che si estende nella parte centrale e lipide A che è ancorato all’interno della membrana.

12. Descrivi le strutture che rivestono la cellula di un batterio Gram-negativo

Un batterio gram - presenta una membrana cellulare fosfolipidica, una sottile parete in peptidoglicano e una membrana esterna che la ricopre.

La parete cellulare di questi batteri ed è composta da peptidoglicano, un polimero formato da polisaccaridi con ripetizione degli aminozuccheri N-acetiglucosammina e acido N-acetilmuranico con corta catena peptidica.

I legami sono di natura covalente: glicosidici e peptidici.

Tale parete è molto sottile in quanto la funzione protettiva è svolta dalla membrana esterna che la ricopre.

Quest’ultima è asimmetrica in quanto presenta lipopolisaccaridi sporgenti verso l’esterno della cellula.

Essi sono strutture immunologiche distinguibili in: antigene 0, si estende verso l’esterno, core, si estende nella parte centrale, e lipide A, ancorato all’interno della membrana.

13. Descrivi le strutture che rivestono la cellula di E. Coli

E. Coli è un enterobatterio Gram negativo e presenta quindi una membrana cellulare fosfolipidica, una sottile parete in peptidoglicano e una membrana esterna che la ricopre.

La parete cellulare è composta da peptidoglicano, polimero formato da polisaccaridi con ripetizione degli aminozuccheri N-acetiglucosammina e acido N-acetilmuranico con corta catena peptidica.

I legami sono di natura covalente: glicosidici e peptidici.

Tale parete è molto sottile in quanto la funzione protettiva è svolta dalla membrana esterna.

Essa è asimmetrica in quanto presenta lipopolisaccaridi sporgenti verso l’esterno della cellula che sono strutture immunologiche divisibili in tre tipologie: antigene 0, che si estende verso l’esterno della cellula, core che si estende nella parte centrale e lipide A che è ancorato all’interno della membrana.

La membrana esterna è collegata alla parete da delle lipoproteine.

14. Descrivi le strutture che rivestono la cellula di un batterio Gram-positivo

Un batterio gram + presenta una membrana cellulare fosfolipidica e una parete cellulare.

Quest’ultima è composta da uno spesso strato di peptidoglicano, un polimero formato da polisaccaridi con ripetizione degli aminozuccheri N-acetiglucosammina e acido N-acetilmuranico con corta catena peptidica.

I legami sono di natura covalente: glicosidici e peptidici.

La parete dei gram positivi comprende oltre al peptidoglicano anche acidi teicoici, idrofili, che sporgono verso l’esterno della cellula e acidi lipoteicoici, lipofili, che affondano nella parete, entrambi presentano legami fosfodiesterei: necessitano di fosforo.

15. Descrivi la parete di Streptococcus thermophilus

Lo Streptococcus thermophilus è un batterio lattico gram positivo ed ha quindi una spessa parete di peptidoglicano.

Quest’ultimo è un polimero formato da polisaccaridi con ripetizione degli aminozuccheri N-acetiglucosammina e acido N-acetilmuranico con corta catena peptidica.

I legami sono di natura covalente: glicosidici e peptidici.

La parete dei gram positivi comprende oltre al peptidoglicano anche acidi teicoici, idrofili, che sporgono verso l’esterno della cellula e acidi lipoteicoici, lipofili, che affondano nella parete, entrambi presentano legami fosfodiesterei: necessitano di fosforo.

16. Descrivere la parete del Bacillus

Il Bacillus è un batterio di tipo gram + ed è quindi privo di membrana esterna a differenza dei gram-.

La parete dei gram+ è composta per lo più da uno spesso strato di peptidoglicano e comprende altri componenti quali acidi teicoici idrofili, sporgono dalla parete verso l’esterno, e lipoteicoici lipofili, affondano nella parete.

Gli acidi teicoici sono polimeri essenziali per il normale funzionamento della cellula in quanto donano rigidità, elasticità e garantiscono la carica negativa sulla superficie cellulare.

17. Parete cellulare dei lieviti, S. cerevisiae

I lieviti presentano una parete cellulare, con struttura non ordinata, composta da chitina, in minor parte, e da proteine glicosilate, mannoproteine, e beta-glucani, B-1,6 e B-1,3, in maggior parte.

La chitina presente al confine con lo spazio periplasmatico fornisce rigidità, le mannoproteine sono maggiormente presenti nella zona esterna della parete mentre i beta-glucani sono presenti prevalentemente nella parte centrale.

I lieviti coinvolti nelle fermentazioni alcoliche si dividono inoltre in bottom e top yeast in base al tipo di parete: nel primo caso flocculano precipitando verso il basso mentre nel secondo, le mannoproteine intrappolano la CO2 e permettono la flottazione in superficie.

La parete cellulare può presentare strutture ancorate ad essa ed agli strati sottostanti: pili e flagelli.

18. Classificare i m.o. per energia e attività metabolica

I m.o. possono essere classificati secondo la loro attività metabolica in:

• Fotoautotrofi: utilizzano la luce per ricavare energia e la CO2 per ricavare carbonio. Tramite reazioni di ossidoriduzione producono materia organica.
• Fotoeterotrofi: utilizzano la luce per ricavare energia e sostanze organiche come fonte di carbonio.
• Chemioautotrofi: ossidano sostanze organiche per ricavare energia e utilizzano la CO2 come fonte di carbonio.
• Chemioeterotrofi: ossidano sostanze organiche per ricavare energia e da esse ottengono anche carbonio.

19. Prototrofia e auxotrofia

La prototrofia è la capacità di effettuare la biosintesi di una determinata molecola in modo autonomo.

L’auxotrofia è invece l’incapacità di biosintetizzare un determinato componente in modo autonomo.

20. Il Lactobacillus helveticus è prototrofo per l’acido glutammico. Dovendo coltivare in laboratorio questo microrganismo dovrò prevedere la presenza dell’acido glutammico nella formulazione del terreno di coltura? Perché?

Lactobacillus helveticus è un microorganismo gram + prototrofo per l’acido glutammico.

Il termine prototrofia indica la capacità di effettuare la biosintesi di una determinata molecola in modo autonomo.

Non è quindi necessario porre acido glutammico nel terreno di cultura in quanto Lactobacillus helveticus è capace di produrlo autonomamente.

21. Tipologie di coltivazione dei microrganismi

Piastramento in superficie: sullo strato di agar presente nella piastra Petri viene depositata una certa quantità di campione, solitamente 0,1 mL o 1 mL, e distribuita con un’ansa su tutta la superficie.

La piastra viene poi incubata capovolta per evitare che la condensa rovini le colonie. Queste ultime saranno in superficie.

Piastramento per inclusione: una certa quantità di campione è depositata e distribuita nella piastra Petri vuota e successivamente coperta con uno strato di agar che andrà a gelatinizzare.

La piastra viene incubata capovolta, le colonie saranno in superficie e all’interno dell’agar.

22. Cosa si intende per colonia batterica? Cosa si intende per isolamento in coltura pura?

Per colonia batterica, si intende la proliferazione di un’unità formante colonia di un batterio su terreno di coltura.

La colonia batterica è quindi un insieme di batteri originati per riproduzione a partire da una cellule, o alcune cellule.

Per isolamento in coltura pura si intende la coltivazione, su terreno di coltura, di un singolo ceppo di una specie batterica, proveniente da una singola colonia.

La coltura pura sarà quindi una coltura formata da m.o. dello stesso ceppo.

23. Contenuto del terreno di coltura

Il terreno di coltura viene definito in funzione del metabolismo del m.o. da coltivare e delle fonti nutritive da esso utilizzabili.

Devono comunque essere sempre presenti come nutrienti fonti di carbonio, azoto, vitamine, sali minerali e fosforo, Idrogeno e ossigeno non vengono considerati perché presenti in composti organici e in acqua.

Fonti di carbonio possono essere zuccheri semplici o complessi.

Fonti di azoto possono essere AA, peptidi, ammoniaca.

Per alcune di queste fonti sono necessari enzimi specifici che il m.o. deve avere.

Un altro costituente fondamentale è l’agar, polimero vegetale che gelifica sotto il 40°C e che non deve interferire con il pH e il metabolismo dei m.o.

24. Perché il fosforo è fondamentale nei terreni di coltura?

In quanto il fosforo si trova nelle cellule come costituente principale di nucleotidi degli acidi nucleici, DNA, fosfolipidi delle membrane e acidi teicoici.

Il fosforo viene solitamente