Microbiologia - A.A. 2025/2026

COLTIVAZIONE DEI BATTERI IN LABORATORIO

La coltivazione dei batteri in laboratorio è la moltiplicazione di microrganismi, isolandoli da un

campione e facendoli crescere su un terreno di coltura specifico in condizioni controllate. Questo

processo permette di ottenere una grande quantità di batteri, semplificandone l'identificazione,

l'analisi, e i test di sensibilità agli antibiotici.

I terreni di coltura sono miscele di sostanze che forniscono i nutrienti necessari per far crescere batteri

e altri microrganismi in un ambiente artificiale di laboratorio. La loro composizione varia a seconda del

microrganismo che si vuole coltivare e dello scopo (isolamento, identificazione, ecc.), e possono essere

liquidi (brodo) o solidi (solitamente contenenti agar, un gelificante).

I batteri vengono coltivati per diversi motivi, tra cui la determinazione della loro quantità in un

campione, la ricerca scientifica e scopi diagnostici o industriali. La coltivazione permette di studiare le

loro caratteristiche, identificarli in caso di infezioni o utilizzarli per la produzione di sostanze utili.

E. coli

[In laboratorio gli sono utilizzati per la formazione e la manipolazione dei plasmidi nella ricerca,

sfruttando la loro capacità di ospitare e replicare DNA plasmidico. Questi batteri fungono da "fabbriche

cellulari" per produrre proteine ricombinanti, e i plasmidi sono strumenti fondamentali nell'ingegneria

genetica per introdurre e manipolare geni di interesse.]

Per coltivare i microrganismi in laboratorio, è necessario conoscere le loro esigenze nutrizionali e le

condizioni di crescita, che vengono soddisfatte attraverso specifici terreni di coltura e controlli

ambientali. Fattori chiave includono la composizione dei nutrienti, il pH, la temperatura, la fonte di

energia e la disponibilità di ossigeno. La diversità metabolica dei batteri comporta anche una varietà di

esigenze nutrizionali quando essi vengono coltivati in laboratorio; di conseguenza, il terreno di coltura

deve essere adeguato alle specifiche necessità del batterio.

Per coltivare i batteri, è necessario fornire loro un ambiente ricco di nutrienti, che si dividono in due

categorie, infatti si hanno i macronutrienti (carboidrati, proteine, grassi, acqua)

e micronutrienti (vitamine e minerali) necessari per la crescita e la riproduzione, oltre a condizioni

ambientali adeguate come la giusta temperatura e umidità. La dieta ideale per i batteri dipende dal

tipo specifico di batterio da coltivare.

I macronutrienti sono necessari ai batteri in grandi quantità per la crescita e l'energia, mentre i

micronutrienti sono necessari in quantità minori per il corretto funzionamento delle loro cellule e il

mantenimento della salute.

I macronutrienti dei batteri sono principalmente carbonio (C), ossigeno (O), idrogeno (H), azoto (N),

fosforo (P) e zolfo (S). Calcio (Ca), potassio (K), sodio (Na) e magnesio (Mg) sono

considerati macroelementi (sottoinsiemi dei macronutrienti) che svolgono ruoli importanti come

l'osmoregolazione e l'attivazione degli enzimi.

Il ferro, il cobalto e le vitamine sono considerati micronutrienti essenziali per i batteri, mentre i fattori

di crescita (come aminoacidi e vitamine) sono nutrienti necessari per la loro crescita, sono comunque

considerati parte dei micronutrienti. Il ferro e il cobalto sono elementi chimici che agiscono come

cofattori essenziali per enzimi vitali, mentre le vitamine sono spesso necessarie come coenzimi per le

reazioni metaboliche.

Le vitamine sono i fattori di crescita più comunemente richiesti. La maggior parte delle vitamine nei

batteri svolge la funzione di coenzima, intervenendo come cofattori per gli enzimi nelle reazioni

metaboliche. Ad esempio, le vitamine del gruppo B sono cruciali per il metabolismo del glucosio e per

altri processi metabolici fondamentali. Le richieste in termini di quantità e tipologia di vitamine varia

molto tra i diversi microrganismi, da nessuna a molte.

Conoscere il metabolismo del batterio, ovvero se è chemiotrofo – chemiorganotrofia o chemiolitotrofia

– (usa energia chimica) o fototrofo (usa energia luminosa), è fondamentale per la sua coltivazione in

laboratorio, poiché ciò determina il tipo di nutrienti e la fonte di energia necessaria per la crescita. I

batteri chemiotrofi necessitano di composti chimici specifici, mentre i fototrofi necessitano di luce e di

una fonte di carbonio. optimum

In relazione ai fattori ambientali si definisce un , ovvero il valore in cui il batterio presenta la

range

massima velocità di crescita. Attorno a tale valore esiste un intervallo ( ) entro il quale il batterio è

comunque in grado di crescere, sebbene con una velocità inferiore rispetto all’optimum. Al di fuori di

questo intervallo, la crescita batterica si arresta o il batterio può andare incontro alla morte.

Per coltivare batteri in laboratorio è necessario conoscere e controllare il loro pH, poiché ogni specie

ha un intervallo di crescita ottimale. La maggior parte dei batteri si sviluppa in un range di pH tra 6,5 e

7,5, ma il valore ottimale specifico dipende dalla specie, e può essere necessario un pH leggermente

più acido o basico a seconda del microrganismo che si vuole coltivare.

L’optimum è il valore di pH al quale un batterio cresce più velocemente, perché in queste condizioni

i suoi enzimi e le sue strutture cellulari funzionano al meglio. Tuttavia, ogni batterio può continuare a

crescere anche in un certo intervallo di pH, chiamato range di crescita, anche se la velocità di crescita è

minore rispetto a quella che si ha al valore ottimale. Al di fuori di questo intervallo, invece, il batterio non

riesce più a crescere e, in condizioni troppo estreme, può anche morire, poiché il pH troppo acido o

troppo alcalino può danneggiare le sue proteine e le membrane cellulari.

In base al pH ottimale, i batteri si dividono in acidofili (valore di pH ottimale per la crescita compreso

tra 0 e 5,5), neutrofili (valore di pH ottimale per la crescita compreso tra 5,5 e 8,0) e alcalofili (valore di

pH ottimale per la crescita compreso tra 8,5 e 11,5). Questa classificazione riflette l'adattamento dei

batteri a specifici ambienti di crescita e si basa sull'intervallo di pH in cui i loro enzimi e proteine

funzionano al meglio.

Lo stesso ragionamento lo si può adattare alla temperatura, infatti è necessario identificare un optimum

di temperatura, cioè il valore di temperatura grazie a cui il batterio cresce più velocemente. I batteri si

classificano in base alla temperatura ottimale in psicrofili (crescono bene a 0°C e la temperatura

ottimale per la crescita è di 15°C o inferiore), psicrotrofi (crescono a 0-7°C e la temperatura ottimale

per la crescita è compresa tra 20-30°C, mentre il massimo è intorno a 35°C), mesofili (la temperatura

ottimale per la crescita è di circa 20-45°C), termofili (possono crescere a temperature di 55°C o

superiori, ma la temperatura ottimale è spesso compresa tra 55-65°C) e ipertermofili (la temperatura

ottimale è compresa tra 80-113°C circa). I batteri patogeni presentano generalmente un optimum di

crescita intorno ai 37 °C (la maggior parte dei batteri patogeni sono mesofili, infatti presentano un

valore ottimale compreso tra 20-45°C), valore che risulta coerente se si considera che questa

corrisponde alla temperatura corporea umana. Di conseguenza, il corpo rappresenta per questi

microrganismi un ambiente favorevole alla crescita.

Anche per l’ossigeno si po' seguire lo stesso discorso. La classificazione dei batteri in base alla

concentrazione ottimale di ossigeno include: aerobi obbligati (crescita completamente dipendente

dall’O ), anaerobi facoltativi (non richiedono O per crescere, ma in sua presenza crescono meglio),

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anaerobi aerotolleranti (non usano ossigeno ma possono tollerare la sua presenza, infatti crescono

bene in presenza o in assenza di O ), anaerobi obbligati (non possono sopravvivere in presenza di O e

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infatti se dovessero entrare in contatto con l’ossigeno morirebbero immediatamente)

e microaerofili (per crescere necessitano un livello di O inferiore al 2-10% e sono danneggiati dall’ O

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atmosferico che si aggira intorno al 21%).

I batteri possono crescere solo se sono disponibili tutti i fattori necessari per il loro sviluppo, inclusi

quelli necessari in quantità minime. Se anche solo uno di questi elementi è carente, la crescita batterica

viene inibita o bloccata, un fenomeno noto come la legge del minimo applicata alla crescita microbica.

Le esigenze nutrizionali e ambientali dei batteri si soddisfano introducendo tutte le componenti

necessarie in un terreno di coltura, che può essere liquido o solido. Questo mezzo artificiale viene

preparato con nutrienti essenziali (come fonti di carbonio e azoto), sali minerali e, se necessario, un

agente gelificante come l'agar per renderlo solido, per fornire l'ambiente ottimale per la crescita e la

riproduzione dei microrganismi.

I terreni di coltura sono miscele di composti biologici o sintetici (organici o minerali) che forniscono i

nutrienti necessari per la crescita e la moltiplicazione dei batteri in laboratorio. La composizione

specifica varia in base alle esigenze nutrizionali del microrganismo che si desidera coltivare, perciò i

terreni sono formulati in modo da includere sostanze che supportino la crescita, forniscano energia e

mantengano le condizioni ottimali.

I batteri che crescono su un terreno di laboratorio sono chiamati colture. Una coltura è una

popolazione di microrganismi (batteri o altri) che vengono fatti crescere in un ambiente artificiale

creato in laboratorio per scopi diagnostici, sperimentali o di ricerca. Le colture possono dividersi in

colture miste o colture pure. Tutti i campioni naturali (medici, veterinari, ambientali…) sono colture

miste e questo vuol dire che contengono differenti specie batteriche o ceppi dello stesso batterio.

Una coltura mista in laboratorio è una popolazione di microrganismi

che contiene diverse specie o ceppi cellulari differenti, cresciuti insieme

sullo stesso terreno di coltura. A differenza di una coltura pura, che

deriva da un'unica cellula madre, una coltura mista è costituita da una

popolazione eterogenea di cellule. Questo tipo di coltura viene

utilizzato per studiare interazioni microbiche o per analisi di campioni

biologici che contengono diverse popolazioni batteriche o fungine.

Una coltura pura (condizione artificiale) in laboratorio è una popolazione di microrganismi derivata da

un'unica cellula madre; quindi, è costituita da un solo tipo di microrganismo. Questo processo è

fondamentale nella microbiologia per isolare e studiare le caratteristiche di un singolo ceppo batterico

o di un'altra specie microbica, senza