Batteriologia e virologia 1

Microbiologia, batteriologia e virologia veterinaria

Argomenti trattati

• Caratteristiche generali dei batteri, osservazione, morfologia batterica, classificazione
• Coltivazione dei batteri, esame batterioscopico e colorazioni
• Metabolismo e riproduzione batterica e genetica dei microrganismi
• I batteri come agenti patogeni e fattori di virulenza
• Agenti fisici e chimici nel controllo dei microrganismi: Antibiotici e antibiogramma
• Classificazione dei batteri e cenni di diagnostica microbiologica
• Caratteristiche generali dei virus
• Classificazione dei virus, rapporti virus/ospite e diagnostica virologica
• Microrganismi particolari (rickettsie e clamidie, microplasmi, alghe, batteriofagi)
• Agenti non convenzionali

Storia della microbiologia

La microbiologia è la scienza che studia i microrganismi, ossia esseri viventi di dimensioni talmente piccole che non possono essere visti ad occhio nudo. La microbiologia è nata nel momento in cui si è riusciti ad osservare i microrganismi con degli strumenti appositi. Si pone come data di nascita della microbiologia la scoperta dei primi microscopi, intorno al 1600, grazie agli studi di Anton van Leeuwenhoek (1632-1723).

Il primo microscopio inventato era costituito da una lente di ingrandimento poggiata su un supporto metallico. Sull'ago venivano posizionati i campioni, permettendo di avvicinare o allontanare il campione rispetto alla lente, consentendo la messa a fuoco. Consentiva un notevole ingrandimento del campione e quindi l'osservazione dei microrganismi.

Teorie sulla generazione dei microrganismi

• Abiogenesi: teoria secondo cui forme viventi si formano spontaneamente.
• A semi o germi: studi dimostrarono che i microrganismi si generano da altri microrganismi. Una prova fu fatta studiando la riproduzione delle mosche (Francesco Redi, metà del 1600).

Si osservò che posizionando un pezzo di carne all'interno di un barattolo e lasciandolo aperto, le mosche erano libere di entrarci e dopo poco tempo si sviluppavano delle forme larvali che iniziavano a nutrirsi. Se al contrario il barattolo veniva sigillato, ma non ermeticamente (con un fazzoletto, per esempio), le mosche venivano attratte dalla carne ed erano stimolate a depositare le uova sopra il barattolo. La carne rimaneva integra ma le larve si sviluppavano sul fazzoletto. Se il barattolo veniva sigillato ermeticamente, le mosche non si accorgevano della presenza della carne e tantomeno depositavano le uova.

Questa ricerca assecondava la teoria che anche esseri viventi più piccoli potessero depositare semi o germi, conferendo la capacità agli organismi stessi di generarsi e riprodursi.

Contributi di Pasteur e Lister

Con gli studi di Pasteur nell'800 si riuscì a isolare i microrganismi. Venne chiamato da un produttore di birra che si accorse che la sua birra aveva un odore sgradevole e un colore alterato. Era ovviamente intervenuto qualcosa che avesse modificato le caratteristiche organolettiche della birra. Pasteur, studiando i campioni di birra alterata, si accorse che avvenivano delle reazioni di fermentazione e putrefazione. Al tempo si era convinti che tutti gli organismi viventi potessero sopravvivere solo in presenza di ossigeno (si conosceva solo l'esistenza di organismi aerobi).

Gli studi di Pasteur dimostrarono però che esistono esseri viventi con altri sistemi per produrre energia e avviare reazioni in assenza di ossigeno (organismi anaerobi), scoprendo la fermentazione e la putrefazione, riuscendo anche a isolare i microrganismi che causavano l'alterazione della birra.

Lister, un chirurgo, notò che praticando delle opere di sanificazione durante gli interventi chirurgici, come la pulizia del campo operatorio, della sala operatoria, degli strumenti chirurgici e delle mani, si aveva una riduzione elevata delle morti o delle complicanze post operatorie.

Postulati di Koch

Alla fine del 1800, studi molto importanti di Robert Koch riuscirono a collegare in modo univoco lo sviluppo di una malattia con un microrganismo. I postulati di Koch sono principi secondo i quali è possibile mettere in correlazione lo sviluppo di una malattia con l'attività patogena di un microrganismo.

Per collegare un microrganismo allo sviluppo di una malattia, è necessario isolare il microrganismo da un soggetto malato. Koch fu in grado di isolare l'agente causale del carbonchio ematico da alcuni bovini infetti e provò a infettare animali sani. Osservò che anche gli animali precedentemente sani avevano sviluppato la stessa malattia. Oltre a reinfettare un nuovo soggetto, anche dal nuovo soggetto infettato è necessario essere in grado di isolare nuovamente lo stesso microrganismo.

Perché? Animali ed esseri umani sono ricoperti e invasi da microrganismi e di conseguenza non risulta sufficiente isolarne uno e affermare che sia quello a causare una determinata malattia. Potrebbe semplicemente essere un microrganismo che non causa problemi. Inoculandolo invece in un soggetto sano, posso avere un riscontro finale.

Scoperta dei virus

Successivamente si scoprì che alcune malattie possono essere causate da altri agenti, ancora più piccoli dei batteri – i virus. Gli studi di microbiologia evidenziarono che per eliminare un microrganismo da un campione liquido, era possibile far passare il liquido infetto attraverso dei filtri. Con una porosità particolare, il liquido filtrato non era più in grado di determinare malattia in un soggetto sano, ovvero: filtrando un liquido infetto si era in grado di eliminare i batteri.

Il problema si verificò quando filtrando dei liquidi infetti la malattia continuava a propagarsi. Si capì che oltre ai batteri, esistevano degli agenti infettivi ancora più piccoli che passavano attraverso i filtri di batteriologia. Vennero chiamati inizialmente contagium vivum fluidum (virus), a indicare la capacità di passare attraverso i filtri per i batteri.

Classificazione dei microrganismi

Il nostro ambiente è costituito da un numero enorme di microrganismi, che appartengono a diverse classi. Sono presenti ovunque e mettono a rischio la salute degli animali e dell'uomo, che hanno sviluppato dei meccanismi per difendersi. Questi possono causare malattie, alterare gli alimenti ma in alcuni casi essere favorevoli alla vita degli organismi superiori.

I microrganismi sono considerati delle cellule (batteri, funghi, alghe) ad eccezione dei virus. Quando si parla quindi di batteri, funghi, o alghe le consideriamo cellule anche se sono un po' diverse dalle classiche cellule che siamo abituati a vedere, ma sempre cellule sono.

Tipi di organismi

• Eucarioti: Protozoi, funghi, alghe
• Procarioti: Batteri, archebatteri

Batteri sono organismi prevalentemente unicellulari relativamente semplici. Sono organismi procarioti (pre-nucleo). Il materiale genetico dei batteri non è quindi racchiuso da una membrana ma è immerso nel citoplasma. Inoltre, i batteri sono caratterizzati da una struttura esterna, la parete batterica, costituita da peptidoglicano, la cui natura chimica comprende principalmente proteine e carboidrati. È una struttura rigida che impedisce alla membrana plasmatica del batterio di rompersi in condizioni osmotiche sfavorevoli.

I batteri si riproducono per scissione binaria: da una cellula batterica se ne ottengono 2 identiche. Ogni specie batterica ha una sua propria forma e in base a come avviene la scissione binaria le cellule batteriche si dispongono tra loro a formare tetradi, grappoli o filamenti. Alcuni batteri sono dotati di movimento grazie ad alcune appendici, come i flagelli, e possono spostarsi nell’ambiente.

Il metabolismo dei batteri è svariato. Alcuni sono in grado di sfruttare sostanze derivate da altri organismi, altri di utilizzare molecole di sostanza morte. Possono quindi essere distinti in eterotrofi, se necessitano di produrre energia a partire da molecole prodotte da altri organismi; mentre altri sono autotrofi, in grado di produrre energia sfruttando per esempio luce solare.

Archebatteri anch'essi sono procarioti, ma si differenziano dai batteri per alcune caratteristiche fondamentali, tra cui il fatto che la loro parete, se presente, ha come componenti principali altre sostanze e non peptidoglicano. Inoltre, hanno delle funzioni e un metabolismo molto più simili alle cellule eucariote. Si dividono in 3 gruppi:

• Metanobatteri: molti di questi si trovano all'interno del rumine e il prodotto della loro respirazione è il metano.
• Alofili estremi: "alofili" significa che si tratta di organismi in grado di vivere in presenza di elevate condizioni saline.
• Termofili estremi: in grado di vivere a temperature molto elevate (come geyser o acque termali). Sono dotati di proteine che resistono notevolmente ad alte temperature. Normalmente le proteine degli animali sono abbastanza termolabili e vengono denaturate intorno a 56-60°C.

Gli archebatteri non causano malattie note negli animali.

Funghi sono microrganismi eucarioti, presentano un nucleo con membrana nucleare dove è racchiuso materiale genetico. Sono dotati di parete cellulare composta principalmente da chitina. Possono presentarsi in forma unicellulare (lieviti) o pluricellulari (muffe).

• Lieviti: I lieviti sono funghi unicellulari di forma ovale con dimensioni più grandi rispetto ai batteri. La replicazione dei lieviti avviene per gemmazione - una cellula dà origine a due cellule non identiche tra loro, una sarà più grande e l'altra più piccola.
• Muffe: Le muffe sono funghi pluricellulari che si organizzano in masse visibili dette miceli, che vanno a formare lunghi filamenti, le ife. Alcuni funghi possono essere dimorfici: assumono la forma di lievito o di muffa a seconda delle condizioni ambientali. Questo è tipico dei funghi patogeni che generalmente sono sotto forma di muffa nell’ambiente, in particolare nel suolo, ma assumono una forma di lievito nei tessuti dell’ospite che viene infettato.

Alghe sono microrganismi eucarioti, un gruppo molto diversificato di microrganismi che vanno da singole cellule microscopiche alle alghe marine, che raggiungono notevoli dimensioni. Possono essere mobili o immobili e nella maggior parte presentano parete cellulare, come nel caso delle diatomee, costituite da materiale siliceo.

Con una sola eccezione, le alghe sono fotosintetiche (organismi autotrofi) e si riconoscono facilmente per la presenza di cloroplasti nel citoplasma. Attraverso la fotosintesi, generano quasi la metà dell'ossigeno presente nell'atmosfera terrestre. Poiché per questo processo è indispensabile la luce solare, la maggior parte delle alghe necessita di habitat esposti alla luce e quindi non infetta gli animali o le persone. Unica eccezione è rappresentata dalla Prototheca, un’alga che ha apparentemente perso la sua capacità fotosintetica ed è responsabile di una rara malattia, la prototecosi. Altre alghe possono produrre tossine e contaminare le acque in cui vivono.

Protozoi sono organismi unicellulari dotati delle tipiche caratteristiche delle cellule animali. Sono privi di parete e incapaci di realizzare fotosintesi. Sono molto mobili per la presenza di flagelli, ciglia o grazie alla capacità di emanare pseudopodi e sviluppare un movimento di tipo ameboide. Possono vivere in forma libera parassitaria, causando svariate malattie anche molto gravi (come la malaria).

Virus sono microrganismi molto particolari perché non hanno una struttura cellulare, causando una discussione sul fatto che siano viventi o meno. Hanno dimensioni piccolissime che variano dai 10-300 nm e sono parassiti obbligati.