Microbiologia - dimensione dei batteri

Microbiologia (28/09/2006)

Prof. Galdiero Marchese Valeria

Seconda lezione: “La forma e dimensione dei batteri”

Il mondo microbico interessa tutti i campi dell’attività vitale che si svolge sulla Terra e nell’universo, tenete presente che a parte la microbiologia medica, e ci interesseremo noi di quei microrganismi che riguardano la microbiologia medica, esiste anche la microbiologia agraria; le leggi generali di biologia generale sono le stesse solo che si tratta di altre specie, quelle che si trovano nel suolo, che svolgono determinati processi che sono fondamentali per i cicli che interessano gli organismi vegetali e logicamente ce ne sono di quelli che determinano delle malattie nello sviluppo delle piante.

La microbiologia agraria ha avuto uno sviluppo quasi contemporaneo a quella medica. Agli inizi del ‘900 i microbiologi russi si dedicarono allo studio della microbiologia del suolo (cioè agraria); poi c’è la microbiologia industriale in cui i microrganismi vengono usati per operare trasformazioni di interesse industriale, trasformazioni di zuccheri in altri tipi di prodotti, di polimeri… c’è tutta una parte della microbiologia che riguarda questo aspetto; c’è pure una microbiologia marina, infatti i microrganismi delle acque marine sono completamente diversi da quelli terrestri, ci sono microrganismi patogeni specificamente per gli animali acquatici.

A questo proposito è bene dire che, generalmente, un microrganismo quando si trova in un habitat diverso da quello naturale perde molte caratteristiche proprie tra cui gli attributi di virulenza (caratteristiche nobili). Sapete che le acque sono uno degli strumenti che permette la trasmissione delle malattie infettive, c’è tutta una legislazione che riguarda le acque dei mari, dei fiumi, dei laghi, le acque minerali, delle piscine, delle fonti termali… perché devono avere delle determinate caratteristiche fisiche e microbiologiche.

Nelle acque i microrganismi patogeni per l’uomo perdono, in genere, la caratteristica di virulenza in pochi giorni; è difficile una infezione a carico dell’uomo attraverso microrganismi che da un habitat terrestre passano a quello di mare e questo perché subiscono delle modificazioni tali per cui somigliano anche poco alle forme originarie, possono ritornare alle forme originarie tornando nel loro habitat naturale.

Ad esempio una salmonella, un’E. coli, salmonella del tifo può sopravvivere anche 3-4 mesi nelle acque di mare, di fiume però cambia completamente aspetto e caratteristiche per cui se non ritorna allo stato normale non è patogeno, non riesce a dare infezione agli animali terrestri.

Il problema è diverso per quei microrganismi ad habitat acquatico che però possono interessare la patologia umana e questo è il virione del colera che esprime al massimo le sue caratteristiche proprio in ambiente acquatico e da lì che passano…

Batteriologia e cellule procariotiche

Batteriologia significa i batteri che sono quelli che per primi hanno interessato la conoscenza umana per quanto riguarda la possibilità di infezioni. Come si presenta la cellula batterica? Alla fine degli anni ’30 (37-38) ci fu un autore che coniò un termine che ha avuto successo per cui i batteri vengono indicati come cellule procariotiche (dal greco pro carion – “al posto del nucleo”) per differenziarle da tutti gli organismi superiori che sono detti eucarioti (dal greco eu carion – con nucleo).

Questo perché fino a quell’epoca non c’era il microscopio elettronico ma c’era solo quello ottico e al microscopio ottico, con le colorazioni di cui parleremo e che si usano in campo istologico, in campo batteriologico, non si aveva una colorazione differenziata che colorava il citoplasma e il nucleo ma si aveva una sola colorazione allora i vari autori interpretavano questo fatto o come la cellula batterica priva di nucleo (come sapete esistono i globuli rossi umani che sono anucleati) oppure erano nuclei nudi cioè nuclei che non avevano citoplasma.

Questa era un’interpretazione che si dava a queste entità che presentavano un sol tipo di colorazione che generalmente era quella degli acidi nucleici acidofila del citoplasma quindi praticamente come se fossero prive di nucleo e perciò, poiché le funzioni attribuite al nucleo c’erano, questa terminologia ha avuto molto successo ed è importante perché distingue due grosse categorie di tipi cellulari.

Questi che sono tutti batteri e che una volta venivano anche per altri attributi (come la costituzione della parete cellulare) inclusi nel regno vegetale, si parlava di flora batterica anche se oggi non si dice più così perché non hanno la struttura dei vegetali soprattutto per quanto riguarda i nuclei, infatti le cellule vegetali sono eucariotiche, solo le strutture periferiche assomigliano a quelle dei vegetali e quindi oggi parliamo di popolazione microbica perché non appartengono né al regno animale né vegetale ma sono un regno a parte, quindi cellule procariotiche.

Differenze tra cellule eucariotiche e procariotiche

Qual è la grossa differenza tra cellule eucariotiche e procariotiche? Inizialmente la differenza era basata solo sull’architettura e sulla struttura del nucleo, il materiale nucleare avvolto dalla membrana nucleare con l’acido nucleico distinto in cromosomi rappresentava la cellula eucariotica. La cellula procariotica era quella che non aveva una membrana nucleare e

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l’acido nucleico non era distinguibile dal resto del citoplasma. Poi si sono aggiunti tanti altri caratteri perché si è visto che c’è tutta un’architettura diversa per esempio le proteine basiche, gli istoni, presenti nel nucleo delle cellule eucariotiche non sono presenti negli acidi nucleici delle cellule procariotiche, la presenza di strutture come i mitocondri che si trovano nelle cellule eucariotiche non sono presenti in queste cellule come organizzazioni simili ai mitocondri però si trovano strutture che hanno funzioni analoghe e che così, mentre il citoplasma nelle cellule eucariotiche è organizzato in una struttura che forma il reticolo endoplasmico con determinate caratteristiche specialmente per quanto riguarda i ribosomi, nelle cellule procariotiche tutto questo non c’è, c’è una distribuzione uniforme di ribosomi e nello studio al microscopio elettronico dell’ultrastruttura non si mette in evidenza alcuna differenziazione anche se le funzioni dei polisomi ad esempio sono presenti nei batteri anzi le prime dimostrazioni della sintesi delle proteine è stata messa in evidenza (da Banner?) nei batteri e non nelle cellule eucariotiche, la maggior parte delle leggi di biologia molecolare (che studiamo in citologia) che oggi conosciamo e che diamo per scontate sono state messe in evidenza nei batteri.

Nei batteri perché i batteri rappresentano un modello di studio che è molto più semplice rispetto alle cellule eucariotiche. All’epoca in cui sono stati messi in evidenza questi fatti, la coltura delle cellule eucariotiche era un problema abbastanza complesso, oggi si fanno in tutti i laboratori colture di cellule anche di difficile coltivazione però a quell’epoca era molto più complesso mantenere sterile specialmente perché averle prive di infezioni interne da virus, da retrovirus o da micoplasmi (classe di batteri, parassiti endocellulari obbligati che stanno nelle cellule e non danno manifestazioni fino a che ad un certo punto la coltura cellulare va incontro a alterazioni tali da andare incontro a morte).

Oggi tutto questo si fa con la PCR ma una volta lo studio migliore, la manipolazione più semplice era sulle cellule batteriche che oltretutto rispetto a quelle eucariotiche si moltiplicano rapidamente, in condizioni ottimali nel giro di mezz’ora una cellula batterica si divide per quella eucariotica bisogna aspettare per lo meno 24-48 ore.

Forma e dimensione dei batteri

Vediamo alcuni lucidi: al microscopio ottico qui vediamo un essudato perineale di topo con dei puntini, delle sfere, quindi vuol dire che abbiamo dei batteri che hanno la forma tondeggiante detti cocchi dal latino coccus, “tondeggiante”, l’aspetto del cocco è tondeggiante, non tondo perfetto perché può variare un pochino nei suoi diametri trasversale e longitudinale, proprio uguali completamente non si hanno quasi mai.

Vedete qua invece un altro preparato dove un diametro generalmente prevale sull’altro e ne risultano delle forme più allungate, forme a bastoncino dette bacilli dal latino bacillus, “bastoncino”. Ci sono le forme intermedie cioè quelle che non si distinguono tra il cocco e il bacillo e li possiamo definire cocco-bacilli in cui c’è un polimorfismo cioè una varietà di morfologia di molti germi alcuni sono ben netti, o sono cocchi o sono bacilli, soprattutto quelli di dimensioni diverse ma quando sono molto piccoli i bacilli possono, in determinati momenti, assomigliare a cocchi e quindi coccobacilli.

Invece qua vedete in modo più netto la presenza di forme bacillari, a bastoncino. Qui vedete delle forme a bastoncino e forme tondeggianti ma se vi soffermate vedrete che molto spesso questi bastoncini non sono separati completamente perché si sono divisi ma non si sono separati completamente allora vanno a ripiegarsi a formare forme ad L ad PER, forme varie… questa è una caratteristica di molte specie microbiche, cioè oltre la forma molto spesso conviene descrivere, perché molto caratteristico, anche l’atteggiamento che subiscono più cellule messe insieme, non la singola cellula ma più cellule messe insieme microbiche assumono un certo atteggiamento e quindi questa è un’altra caratteristica che viene presa in considerazione per definire il genere e le specie.

Ecco se vedete qua, sempre al microscopio ottico, questi cocchi sono aggregati a formare dei grappoli… è l’atteggiamento che vi dicevo! Questi sono chiamati stafilococchi dal latino “grappoli d’uva”. Tenete presente che gli stafilococchi si possono presentare pure come singoli cocchi, come due cocchi accoppiati, piccoli aggregati, è l’ambiente, il terreno in cui li coltivate, il materiale patologico da cui provengono che fanno sì che quest’atteggiamento a formare dei grappoli ben evidenti sia presente o non sia presente, quindi non è che vedendo dei cocchi a doppio (questi due sono un diplococco) dite “non può essere uno stafilococco”, può esserlo lo stesso dipende dal terreno di coltura e dalle condizioni in cui si è sviluppato (habitat).

Questi altri invece, sempre cocchi, invece di formare l’atteggiamento a grappolo assumono un atteggiamento a catenella (in latino streptus), sono gli streptococchi. Anche qua vedete che si possono presentare a singolo cocco, a due cocchi (e quindi diplococchi) oppure formare delle catenelle che sono più o meno lunghe, anche questo è un carattere che dipende dalle condizioni ambientali.

Qui vedete catene ancora più lunghe, conglomerati; ecco qui vedete un altro tipo di batterio che assume un atteggiamento a spirale e queste sono le spirochete di cui ce ne sono varie

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specie. Questo è lo stesso visto in microscopio in campo scuro. Adesso vediamo invece le stesse cellule al microscopio elettronico. Questo è il microscopio elettronico a scansione, vedete come si presentano i cocchi e i bacilli. Notate che generalmente i