Riassunto esame Microbiologia, Prof. Saitta G., libro consigliato Microbiologia medica , Edises

Introduzione alla Microbiologia

La microbiologia è la disciplina scientifica che studia gli organismi invisibili ad occhio nudo,

ovvero i microrganismi. Trattandosi di una materia estremamente vasta, la microbiologia si

suddivide in numerose sottodiscipline specializzate:

●​ Batteriologia: studia i batteri.

●​ Virologia: studia i virus.

●​ Micologia: studia i miceti (funghi).

●​ Parassitologia: studia i protozoi e i parassiti.

I microrganismi non sono importanti soltanto in ambito clinico per la gestione di emergenze

sanitarie globali (come l'antibiotico-resistenza e le infezioni ospedaliere quali sepsi,

polmoniti e infezioni cutanee), ma trovano applicazioni fondamentali in svariati settori:

●​ Ambito alimentare e industriale: la produzione di pane e focacce sfrutta i lieviti per

la produzione di anidride carbonica e la conseguente lievitazione dell'impasto; allo

stesso modo, i processi fermentativi sono alla base della produzione del vino e dello

yogurt.

●​ Ambito ambientale: la microbiologia ambientale si occupa del recupero ecologico e

del biorisanamento di siti contaminati.

●​ Ambito artistico: la "microbiologia artistica" sfrutta la semina di batteri pigmentati su

terreni di coltura solidi per realizzare veri e propri disegni e composizioni cromatiche

(verdi, rossi, gialli) grazie ai pigmenti naturali prodotti dai microrganismi stessi.

Tassonomia e Differenze tra Cellula Eucariote e

Procariote

La tassonomia è la scienza che si occupa della classificazione degli esseri viventi. Dal

punto di vista strutturale, le cellule si dividono in due grandi categorie:

1. Cellula Eucariote ("buon nucleo")

●​ Etimologia e definizione: Il termine deriva dal greco eu (buono) e karyon (nucleo),

indicando una cellula dotata di un nucleo vero e proprio.

●​ Dimensioni: Sono cellule più grandi, circa 10 volte superiori rispetto ai procarioti.

●​ Compartimentalizzazione e struttura interna: Presentano una complessa

organizzazione interna delimitata da membrane:

○​ Nucleo: Racchiuso da una doppia membrana (membrana nucleare) che

regola il traffico molecolare in entrata e in uscita, proteggendo il materiale

genetico (DNA).

○​ Mitocondri: La centrale energetica della cellula, deputata alla produzione di

ATP (adenosina trifosfato), molecola energetica fondamentale per il

metabolismo, i trasporti e qualsiasi fenomeno cellulare.

○​ Reticolo endoplasmatico (rugoso e liscio) e Apparato di Golgi: Deputati

alla sintesi, alla modificazione e alla maturazione delle proteine.

○​ Ribosomi: Sede della sintesi proteica.

●​ Esempi: Appartengono a questa categoria le cellule animali, le cellule vegetali e i

funghi (miceti).

2. Cellula Procariote ("prima del nucleo")

●​ Etimologia e definizione: Deriva dal greco pro (prima) e karyon (nucleo), indicando

organismi privi di un nucleo racchiuso da membrana.

●​ Dimensioni: Netto vantaggio di piccole dimensioni; sono circa 10 volte più piccole

rispetto alle cellule eucariote.

●​ Materiale genetico: Non esiste una membrana nucleare. Il genoma batterico è

costituito da un'unica molecola di DNA circolare altamente avvolta, localizzata in

una regione specifica del citoplasma chiamata nucleoide.

●​ Organuli: L'unico organulo presente in assoluto è il ribosoma, essenziale per la

sintesi proteica (senza il quale la cellula non potrebbe esistere né produrre le

proteine vitali). Mancano completamente mitocondri, reticolo endoplasmatico e

apparato di Golgi.

●​ Produzione energetica: Nei procarioti la produzione di energia non avviene nei

mitocondri (assenti), bensì a livello della membrana plasmatica, che contiene gli

enzimi e le molecole per la respirazione cellulare e il trasporto di elettroni (forza

proton-motrice).

Nota di rilievo: I primi antibiotici naturali scoperti sono stati prodotti proprio dai batteri per

competere nell'ambiente.

Morfologia e Ultrastruttura della Cellula Batterica

I batteri mostrano forme morfologiche molto differenti:

●​ Cocchi: Cellule di forma sferica. Possono trovarsi isolati, a coppie (diplococchi),

disposti a catena (streptococchi, come lo Streptococcus pyogenes, responsabile di

infezioni faringee e monitorato tramite tampone alla 37ª settimana di gravidanza per

prevenire infezioni neonatali) oppure a grappolo (stafilococchi, come lo

Staphylococcus aureus, principale causa di infezioni cutanee e nosocomiali gravi).

●​ Bacilli: Cellule di forma allungata o a bastoncino (es. Escherichia coli).

●​ Vibrioni: Cellule ricurve a forma di virgola (es. Vibrio cholerae, agente eziologico del

colera).

Struttura e rivestimenti della cellula batterica:

●​ Membrana plasmatica: Un doppio strato fosfolipidico che circonda il citoplasma,

deputato ai trasporti (regolando l'ingresso e l'uscita delle molecole) e alla produzione

energetica.

●​ Parete cellulare: Una struttura di rivestimento rigida e resistente situata all'esterno

della membrana plasmatica. Dona rigidità strutturale e protegge la cellula dalla lisi

osmotica. È composta da peptidoglicano (o mureina), formato da catene di zuccheri

ripetuti (N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuramico) unite da legami glicosidici

beta-1,4 e stabilizzate da ponti peptidici. Enzimi come il lisozima e antibiotici come le

penicilline agiscono impedendo la formazione di questi legami o tagliandoli.

●​ Glicocalice e Capsula: Rivestimento zuccherico esterno.

○​ Se è organizzato in modo denso, rigido e fortemente aderente prende il nome

di capsula. I batteri capsulati sono particolarmente pericolosi e virulenti

perché la capsula agisce come un "mantello dell'invisibilità": evita il

riconoscimento da parte dei fagociti e protegge dalla fagocitosi.

○​ Se ha una consistenza meno densa e meno organizzata si parla di strato

mucoso (slime), che favorisce l'adesione ai substrati e la formazione dei

biofilm.

●​ Flagelli: Appendici filamentose lunghe e strutturate deputate alla motilità. In base

alla disposizione possono essere monotrichi (un solo flagello), anfitrichi o peritrichi

(molti flagelli distribuiti sulla superficie). Il movimento richiede energia fornita dalla

forza proton-motrice alla base del flagello.

●​ Pili e Fimbrie: Strutture proteiche più corte, rigide e sottili dei flagelli. Servono

principalmente per l'adesione alle superfici e alle cellule dell'ospite (es. batteri delle

infezioni urinarie) e mediano il trasferimento genico orizzontale (coniugazione o

"ponte sessuale").

●​ Citosol e Plasmidi: Nel citoplasma si trova il cromosoma batterico (DNA circolare

unico localizzato nel nucleoide) e possono essere presenti i plasmidi, piccoli anelli di

DNA extracromosomico in grado di replicarsi autonomamente grazie alla presenza di

un'origine di replicazione e di trasferirsi ad altri batteri. Sono presenti anche i

ribosomi per la sintesi proteica.

Batteri Gram-Positivi e Gram-Negativi

La distinzione tra batteri Gram-positivi e Gram-negativi si basa sulle differenti caratteristiche

chimico-fisiche della parete cellulare, evidenziabili con la colorazione di Gram:

1.​ Batteri Gram-Positivi:

○​ Possiedono una parete di peptidoglicano molto spessa, costituita da

molteplici strati sovrapposti.

○​ Contengono molecole caratteristiche denominate acidi teicoici e

lipoteicoici. Gli acidi teicoici fungono da "impronta digitale" del batterio: il

sistema immunitario innato riconosce specificamente questi acidi, attivando le

difese e scatenando la risposta infiammatoria e la febbre.

○​ Trattengono il complesso Cristal Violetto-Iodio all'interno della fitta rete di

peptidoglicano durante il lavaggio con alcol, apparendo viola al microscopio.

Esempi: stafilococchi, Clostridium tetani, Clostridium botulinum.

2.​ Batteri Gram-Negativi:

○​ Possiedono uno strato di peptidoglicano sottile.

○​ Al di fuori del peptidoglicano presentano un'ulteriore struttura protettiva: una

membrana esterna che contiene il lipopolisaccaride (LPS) (endotossina).

○​ Tra la membrana plasmatica e la membrana esterna si trova lo spazio

periplasmico.

○​ Non trattengono il Cristal Violetto durante la decolorazione con alcol; per

essere visualizzati richiedono un colorante di contrasto (safranina o fucsina),

colorandosi di rosso/rosa.

Riproduzione, Spore e Crescita Batterica

Riproduzione: La Scissione Binaria

I batteri si riproducono in modo asessuato per scissione binaria:

1.​ Duplicazione del cromosoma: Il materiale cromosomico, ancorato alla membrana

plasmatica, si duplica generando due copie che si ancorano separatamente.

2.​ Accrescimento della membrana: La cellula si allunga e le due strutture

cromosomiche si allontanano reciprocamente.

3.​ Formazione del setto: Si forma un setto di separazione per invaginazione della

membrana e della parete in direzione centripeta.

4.​ Distacco: Si ottengono due cellule figlie identiche (cloni) con lo stesso corredo

genetico e senza variabilità genetica. Se il distacco non è completo, si formano

raggruppamenti spaziali caratteristici (es. catene o grappoli).

Le Spore Batteriche (Endospore)

In condizioni ambientali sfavorevoli (carenza di acqua o nutrienti, temperature elevate),

alcuni batteri Gram-positivi (es. generi Bacillus e Clostridium, come Clostridium tetani e

Clostridium botulinum) producono un'endospora. La Spora è una forma di resistenza

altamente disidratata e protetta da molteplici strati (contenente acido dipicolinico legato al

calcio nella parte centrale), capace di resistere alla disidratazione e al calore per lunghi

periodi, per poi germinare quando le condizioni tornano favorevoli.

La Curva di Crescita della Popolazione Batterica

In un sistema chiuso, la crescita di una popolazione batterica segue una curva standard su

grafico cartesiano divisa in quattro fasi:

●​ Fase di latenza (lag): Adattamento al nuovo ambiente e preparazione metabolica; i

batteri sintetizzano gli enzimi necessari senza moltiplicarsi.

●​ Fase esponenziale (log): Moltiplicazione rapida e massimale della popolazione

batterica sfruttando le risorse disponibili.

●​ Fase stazionaria: I nutrienti si esauriscono e il metabolismo rallenta; il numero di

batteri che si replicano eguaglia il numero di batteri che muoiono (la curva si

stabilizza).

●​ Fase di morte: Esaurimento totale dei nutrienti e decremento drastico del numero di

batteri vitali.

Metodi di studio: In laboratorio la crescita nei liquidi si misura valutando la torbidità (densità

ottica), mentre nei terreni solidi si contano le CFU (Unità Formanti Colonie). I terreni di

coltura possono essere liquidi o solidi, universali, selettivi, arricchiti (per esigenze particolari

come Neisseria meningitidis) o differenziali (per distinguere i microrganismi in base al colore

delle colonie).

I Miceti (Funghi)

I funghi sono organismi eucarioti.

●​ Membrana plasmatica: A differenza delle cellule animali (che contengono

colesterolo), la membrana plasmatica dei funghi contiene ergosterolo.

●​ Parete cellulare fungina: Composta da chitina (polimero del glucosio che

conferisce supporto e rigidità), glucani (legati da legami beta-1,3 e beta-1,6) e

mannoproteine di superficie, che aiutano a evitare il riconoscimento da parte delle

cellule del sistema immunitario innato (funzione analoga alla capsula batterica).

Possiedono inoltre vacuoli per la riserva d'acqua.

Morfologia dei Miceti:

1.​ Lieviti: Funghi unicellulari di forma circolare/ovoidale che si riproducono tipicamente

per gemmazione (formazione di una gemma che si stacca dalla cellula madre) e

formano colonie mucose e cremose. Esempio rilevante è Candida albicans,

patogeno opportunista.

2.​ Muffe: Funghi multicellulari a crescita filamentosa. L'unità strutturale è l'ifa; l'insieme

delle ife costituisce il micelio, diviso in micelio vegetativo (immerso nel terreno per

assorbire i nutrienti) e micelio aereo (che si sviluppa verso l'alto per la produzione di

spore).

3.​ Funghi dimorfi: Miceti capaci di compiere uno switch morfologico (da muffa

ambientale a lievito patogeno) in risposta a variazioni di temperatura (es. a 25°C e a

37°C).

La riproduzione dei funghi può essere vegetativa, asessuata (spore mitotiche) o sessuata

(spore meiotiche). I terreni di coltura specifici più utilizzati per i funghi includono l'agar

Sabouraud (SDA).

Patogenicità, Virulenza e Risposta Immunitaria

●​ Patogenicità: La capacità intrinseca di un microrganismo di causare un danno e una

malattia nell'ospite.

●​ Virulenza: Il grado di intensità della patogenicità, legato ai fattori di virulenza (es.

presenza di capsule protettive contro la fagocitosi, enzimi litici, tossine come

esotossine ed endotossine).

●​ Patogeni opportunisti: Microrganismi che causano danni solo in particolari

condizioni, come stati di immunocompromissione (es. infezione da HIV/AIDS che

compromette le difese cellulari) o alterazioni della flora microbica (disbiosi causata

da un uso improprio di antibiotici che distrugge il microbiota protettivo, favorendo la

colonizzazione patogena di Candida o di batteri resistenti).

●​ Microbiota: L'insieme dei microrganismi commensali che convivono con noi in

simbiosi mutualistica, offrendo vantaggi come la sintesi di vitamine (es. Vitamina K a

livello intestinale), la protezione contro i patogeni e la stimolazione del sistema

immunitario.

Le difese dell'ospite si basano sul sistema immunitario innato (con globuli bianchi,

macrofagi e neutrofili polimorfonucleati - PMN) che intervengono tempestivamente nei siti di

infezione. Grazie a recettori specifici riconoscono i componenti microbici (come gli acidi

teicoici nei Gram-positivi o l'LPS nei Gram-negativi), scatenando la risposta infiammatoria

(febbre) per contrastare la replicazione del patogeno. In caso di infezioni sistemiche o

interessamento del sistema nervoso centrale (es. meningite), gli operatori sanitari eseguono

un prelievo di liquor tramite puntura lombare per l'analisi diagnostica.

1. Prevenzione, Rischio Infettivo e Controllo Biologico (PCI)

La Prevenzione e il Controllo delle Infezioni (PCI) è un approccio pratico basato

sull'evidenza scientifica per prevenire le Infezioni Correlate all'Assistenza (ICA). Le ICA

comportano l'aumento dei giorni di degenza, una maggiore frequenza di infezioni gravi e lo

sviluppo di batteri antibiotico-resistenti. La gestione del rischio richiede la supervisione del

Comitato Infezioni Ospedaliere (CIO), organo tecnico-scientifico di supporto decisionale. Il

quadro normativo italiano si basa su circolari ministeriali (come la 52/1985 e la 8/1988) che

definiscono i programmi di controllo e sorveglianza.

Per limitare la trasmissione, si adottano le precauzioni standard su tutti i pazienti:

●​ Igiene delle mani.

●​ Sterilizzazione di strumenti e dispositivi.

●​ Disinfezione e pulizia delle superfici ambientali.

●​ Uso di Dispositivi di Protezione Individuale (DPI).

●​ Pratiche di iniezione sicure.

●​ Etichetta respiratoria e corretta gestione dei rifiuti.

Il controllo della carica microbica si struttura su una piramide a tre livelli:

1.​ Pulizia: Il livello base, consiste nella rimozione meccanica dello sporco, essenziale

per rendere efficaci i passaggi successivi.

2.​ Disinfezione e Antisepsi: Livello intermedio che elimina i microrganismi patogeni a

livelli di sicurezza, ma non è attiva nei confronti delle spore batteriche.

○​ Disinfettanti (per superfici): Alto livello (Glutaraldeide 2%, Perossido

d'idrogeno 6%, Acido peracetico 0,2%), livello intermedio (Alcoli al 70-90%),

basso livello (Composti di ammonio quaternario).

○​ Antisettici (per tessuti viventi come cute/mucose): Perossido d'idrogeno

3%, Iodofori, Clorexidina.

3.​ Sterilizzazione: Il livello apicale, che garantisce l'eliminazione di tutti gli organismi

viventi presenti su un substrato (solido, liquido o gassoso), incluse le spore

batteriche. È condizione necessaria per l'Asepsi (prevenzione dell'accesso di

microrganismi in un'area sterile).

2. Metodi di Sterilizzazione