Microbiologia - Appunti

BATTERIOLOGIA

MICROBIOLOGIA

dal greco μῑκρος, mīkros, "piccolo"; βίος, bios, "vita" λογία, Logia "studio". Ramo della biologia

che studia la struttura e le funzioni dei microrganismi o microbi, cioè di tutti quegli organismi

viventi unicellulari, pluricellulari o acellulari, non visibili ad occhio nudo.

CENNI STORICI

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

Autodidatta, è soprattutto conosciuto per le migliorie apportate al microscopio e per avere posto le

basi della biologia cellulare e della microbiologia, scoprendo i protozoi nel 1674 e successivamente

anche gli spermatozoi. Inoltre, nel 1667, grazie al microscopio scopre l'esistenza dei batteri,

annullando così la teoria della generazione spontanea.

GENERAZIONE SPONTANEA

Per generazione spontanea si intende la credenza, molto diffusa dall'antichità fino al XVII secolo,

per cui la vita potrebbe nascere in modo "spontaneo" dagli elementi naturali inanimati.

Si riteneva infatti che gli esseri viventi, potessero nascere spontaneamente dal fango o da carcasse

in putrefazione.

Questa teoria fu confutata nel XVII secolo grazie ad alcuni esperimenti di Francesco Redi e di

Lazzaro Spallanzani. Francesco Redi pose della carne avariata in una serie di recipienti, alcuni

chiusi, altri aperti, e dimostrò che le larve nascevano solo dove le mosche avevano potuto

depositare le uova.

I batteri non si generano spontaneamente, Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799) nel 1761 iniziò a

interessarsi della generazione spontanea, il principale problema allora discusso dai naturalisti, e

riuscì a determinarne l’infondatezza. Egli preparò degli infusi e li sterilizzò facendoli bollire per più

di un'ora. Alcuni di questi infusi erano contenuti in recipienti di vetro sigillati alla fiamma.

Spallanzani notò che in questi contenitori non si verificava crescita batterica (l'infuso non si

intorbidiva né era possibile osservare microrganismi al microscopio).

IL PRIMO VACCINO

Edward Jenner (1749 -1823)

Durante una epidemia di vaiolo osservò che le mungitrici della campagna spesso venivano colpite

dal vaiolo vaccino, una forma molto leggera, ma erano protette nei confronti di quello umano. Così

estrasse del materiale da una pustola di una mungitrice che era stata colpita dal vaiolo vaccino e lo

inoculò in un bambino sano di otto anni, successivamente lo infettò con il virus vaiolo umano. Il

ragazzo cominciò ad avere i primi sintomi dopo una settimana, ma nel giro qualche giorno il

ragazzo guarì.

Robert Koch (1843 – 1910)

Grazie alle sue ricerche microbiologiche riuscì a scoprire nel 1882 l'agente patogeno della

tubercolosi, il Mycobacterium tubercolosis che fu denominato appunto bacillo di Koch e

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sviluppò in seguito il farmaco tubercolina. Importanti sono stati altresì le sue scoperte sui bacilli del

carbonchio (Bacillus anthracis) nel 1872 e del colera nel 1883.

Postulati di Koch

Sono i criteri da utilizzare per dimostrare che un determinato microrganismo è causa della

malattia in questione.

1. Il microrganismo deve essere presente costantemente negli individui malati (in ogni

organismo malato si ritrovano microrganismi dello stesso tipo).

2. Deve essere possibile isolarlo e coltivarlo in colture artificiali.

3. Reinoculato in un organismo sano (ad esempio in un animale da esperimento) deve

riprodurre la malattia iniziale.

4. Deve essere possibile isolare nuovamente il microrganismo, che deve essere uguale a

quello isolato in precedenza.

Eccezioni tipo i VIRUS non coltivabili su un terreno: li posso far crescere in colture cellulari,

NON terreni. Quasi tutti i virus crescono in ambiente artificiale, altri no perché non ritrovo in

laboratorio le condizioni ideali per la crescita. Es virus epatite B non cresce bene, così come

altri virus gastro-intestinali, quindi non potevano isolarli.

Altra eccezione è che ci sono virus e batteri che danno LA STESSA SINTOMATOLOGIA

LA PENNICILLINA

Alexander Fleming (1881-1955)

Fleming pubblicò numerosi articoli su batteriologia, immunologia e chemioterapia. I suoi successi

più noti sono stati la scoperta dell'enzima lisozima (battericida presente nel muco, saliva e

lacrime) nel 1922 e l'avere isolato la sostanza antibiotica (ribattezzata come penicillina) dal fungo

Penicillium notatum nel 1928, per cui ricevette il Premio Nobel per la medicina nel 1945 assieme a

Florey e Chain. Con grande fortuna, nel 1928 si imbatté in una capsula di Petri particolare: era

macchiata di muffa come tante altre nel suo laboratorio, ma attorno a essa le colonie batteriche si

erano dissolte. L'efficacia del fungo fu provata su vari tipi di batteri, e i risultati furono più che

soddisfacenti sia per range di efficacia (distruggeva gli streptococchi, i stafilococchi, i bacilli

della difterite e del carbonchio, ma era inefficace sui batteri del tifo) sia per forza (avevano

effetto soluzioni diluite fino a 1/500). La muffa miracolosa fu identificata inizialmente come

penicillium notatum: da qui il nome penicillina.

IL LISOZIMA

Nel 1922, in modo casuale, scopre il lisozima: qualche settimana dopo aver messo del suo muco

nasale su una capsula di Petri, nota che delle colture di batteri si erano sviluppate per tutto lo

strumento tranne che sulla sua secrezione. Esperimenti successivi fatti con altro muco o con lacrime

gli dimostrarono che era presente in questi liquidi una sostanza ad azione antibatterica, molto

superiore a quella del siero di origine animale. Le caratteristiche di questi liquidi erano dovute ad un

enzima, che "lisava" (dal greco Lysis, dissoluzione) certi batteri: da qui il nome lisozima.

CLASSIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI

I microrganismi vengono divisi in sei gruppi principali:

Protozoi, Alghe, Funghi, Batteri, Cianobatteri e Virus

La cellula è l’unità fondamentale di tutta la materia vivente. Rappresenta una entità

opportunamente isolata dall’ambiente esterno a opera di una parete o di una membrana, e contiene

al suo interno una varietà di sostanze, organuli e strutture subcellulari.

Tutte le cellule contengono:

Proteine; acidi nucleici; lipidi; polisaccaridi. 2

Le cellule MICROBICHE sono diverse dalle cellule che costituiscono gli organismi superiori

ANIMALI e VEGETALI che sono incapaci di vivere in natura come elementi indipendenti ma

solo come parte di organismi multicellulari (perché nell’uomo formano tessuti, non vive

indipendentemente)

Una singola entità microbica, invece, è capace di realizzare i suoi processi vitali di crescita,

produzione di energia e riproduzione, INDIPENDENTEMENTE DA ALTRE CELLULE, SIA

DELLO STESSO TIPO SIA DI TIPO DIVERSO. Non farà un tessuto batterico.

In base all’organizzazione cellulare avrò:

Cellule EUCARIOTE (Protozoi, alghe e funghi) a struttura complessa.

Cellule PROCARIOTE (Batteri e cianobatteri) a struttura meno complessa/organizzata (più

ancestrale). Carios significa nucleo.

La più importante differenza tra cellule eucariote e cellule procariote è rappresentata dalla diversa

struttura del nucleo:

Gli EUCARIOTI: hanno un vero nucleo e cioè una struttura delimita da una membrana nucleare,

al cui interno sono racchiusi i cromosomi che contengono il materiale genetico.

I PROCARIOTI: non hanno un vero nucleo (e quindi neanche membrana nucleare) in quanto il

materiale genetico, che prende il nome di “nucleoide” (cromosoma batterico) è contenuto libero

nel citoplasma della cellula.

DIFFERENZE

Cellula procariote Cellula eucariote

• È provvista di PARETE • La parete non è una struttura

• Non ci sono organuli fondamentale (è presente in piante

• Esistono RIBOSOMI dispersi terrestri, alghe e funghi)

• È tipica di due gruppi di • Nucleo isolato da membrana nucleare

microorganismi: Batteri e Archaea • Mitocondri

• Tubuli

• Ribosomi ADDENSATI su un sistema

di membrane (RER ret. Endop. rugoso)

Nucleo: dove c’è il DNA,

. cromatina, cromosomi ecc..

Reticolo endoplasmatico

. liscio e rugoso: il rugoso

presenterà i ribosomi: servirà

per la sintesi delle proteine.

L’apparato di Golgi è invece

. una struttura vescicolare

dove si formano le vescicole

e servono per modificare le

proteine.

Mitocondri: dove si ha la

. respirazione; si forma

energia ed ossigeno.

MICRORGANISMI EUCARIOTI (Protozoi)

Sono microrganismi unicellulari, con le caratteristiche tipiche delle cellule del mondo animale. La

maggior parte dei protozoi è mobile grazie alla presenza di estroflessione (pseudopodi, flagelli o

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ciglia) sulla superficie cellulare che ne sostengono il potere patogeno. Sono infatti spesso agenti di

malattie ad ampia diffusione (malaria, malattia del sonno, leishmaniosi ecc.)

MICRORGANISMI EUCARIOTI (Funghi)

Le caratteristiche salienti che distinguono la maggior parte dei funghi sono:

-Presenza di parete cellulare

-Mancanza di mobilità

-Assenza di fotosintesi

I funghi per poter espletare la loro crescita dipendono, solitamente da una fonte esterna di composti

organici, rappresentata da organismi morti. Alcuni funghi, però possono utilizzare, quale fonte

nutritizia, anche tessuti viventi, causando spesso malattie (dermatomicosi, infezioni da lieviti della

bocca o dell’apparato genitale).

Tassonomia:

Lieviti: Funghi unicellulari

Muffe: Funghi che producono strutture multicellulari con caratteristici filamenti (IFE), spesso

forniti di fruttificazioni (CONIDI).

MICRORGANISMI EUCARIOTI (Alghe)

Le alghe rappresentano un gruppo molto diversificato di microrganismi che vanno da singole

cellule microscopiche alle alghe marine di notevoli dimensioni.

-Possono essere mobili o immobili.

-Effettuano la fotosintesi clorofilliana: per produrre ossigeno

-Necessitano di habitat esposti alla luce.

-Non infettano animali e uomini.

-Tramite la fotosintesi le alghe sono in grado di produrre quasi la metà dell’ossigeno presente

nell’atmosfera.

-In passato venivano inclusi tra le alghe anche organismi procarioti: le ALGHE VERDI-BLU che

ora vengono classificati separatamente con il nome di CIANOBATTERI.

Negli anni sono state fatte molte classificazioni:

Si parte distinguendo la forma che hanno e i sintomi che danno. Successivamente a questa prima

organizzazione, quelli all’interno della stessa struttura, li differenzio in base ad es e sono mobili, se

hanno le stesse caratteristiche ecc.. • CLASSIFICAZIONE DI

HAECKEL (1866): divideva i

viventi in 3 Regni: Protisti, Piante

e Animali.

• CLASSIFICAZIONE DI

WHITTAKER (1969): è la

classificazione a 5 Regni:

i primi 4 sono eucarioti.

Monera sono procarioti e sono i

batteri

Tra i protisti riconosciamo i

protozoi, alghe e i funghi primitivi o i mixomiceti.

È una classificazione universalmente in uso e risulta basata: sull’analisi e il confronto della struttura

cellulare (procariotica ed eucariotica), dell’organizzazione cellulare (uni- e pluricellulare o a

colonie) e delle modalità di nutrizione (fotosintesi, assorbimento, ingestione).

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Gli eucarioti differiscono per il modo di nutrirsi.

• CLASSIFICAZIONE DI WOESE (1990): è basata sull’analisi e il confronto del materiale

genetico DNA e RNA negli esseri viventi suddivisi in 3 grandi DOMINI:

ARCHEA (Archebatteri) – Procarioti. Sono i batteri più primitivi.

o BACTERIA (Batteri “classici” o Eubatteri) – Procarioti. Tra questi abbiamo cocchi,

o Bacilli e Spirilli

EUKARIA: tutti gli altri microrganismi o organismi con organizzazione cellulare

o eucariotica (Protisti/alghe, funghi, piante e animali).

BATTERIOLOGIA GENERALE

I batteri sono forme di vita unicellulari autonome (un’unica cellula forma un batterio), in grado di

metabolizzare, riprodursi, differenziarsi. Di dimensioni estremamente piccole, visibili solo al

microscopio e sono presenti ovunque (terra acqua e aria). Soprattutto dove trovano nutrimento,

temperatura e umidità adatte; li trovo es cavo orale, app. respiratorio, tratto intestinale

(comunicazione con ambiente esterno). La flora microbica intestinale è costituita da i miliardi di

batteri

Vivono in ambienti diversi perché hanno informazioni genetiche che si traducono in DNA, RNA

messaggero e poi proteine che gli permettono di sopravvivere in alcuni ambienti.

Le proteine quindi determinano un particolare metabolismo, per cui possono vivere in determinate

situazioni (proteine come gli enzimi ecc).

Batteri UTILI→ Senza microrganismi non sarebbe possibile la vita sulla terra:

Decompositori (ciclo biogeochimico:

o percorso chiuso seguito da un determinato elemento

ecosfera)

chimico all'interno dell'

Microrganismi in grado di digerire la cellulosa (rumine dei bovini)

o Fissatori dell’azoto

o Formaggi

o Ingegneria genetica: uso clonaggio molecolare che usa i plasmidi (frammenti circolari di DNA

o presenti nei batteri).

Batteri NOCIVI→ alterano un prodotto: contaminanti negli alimenti, bevande, o causare malattie

uomo, animali e piante.

NOMENCLATURA BINOMIALE (LINNEO)

Nome scientifico del microrganismo composto da

due parole latine in corsivo Es.: Staphylococcus Famiglia:

aureus ENTEROBACTERIACEAE

1° nome (lettera maiuscola) = GENERE (specie Genere:

che presentano un insieme di caratteristiche colturali ESCHERICHIA

Specie:

e biochimiche comuni). Escherichia coli

2° nome (lettera minuscola) = SPECIE (insieme di Esch er ichi a coli Tipo:

ceppi che hanno in comune molte caratteristiche E. coli 0157H7

fenotipiche- strutturali e funzionali- mentre

differiscono considerevolmente dai ceppi di altre specie).

Nome scelti in base o alle caratteristiche morfologiche, o alla malattia che causano, o a chi l’ha

scoperto. 5

CEPPO o CLONE: popolazione di cellule geneticamente identiche (cellula madre sarà il clone e le

figlie tutte uguali).

TIPO o BIOTIPO di specie (biovar): ceppo scelto arbitrariamente per rappresentare una specie

batterica che contiene ceppi di organismi inter-relati.

CEPPI “Biotipo”: ceppi usati come riferimento. È stato isolato e viene tenuto all’interno

dell’ATCC (reperibili presso le ATCC American Type Culture Collection, Maryland, USA).

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Poiché il diametro medio di una cellula batterica è di circa 1μm (micrometro) (10 m= significa -1

mln di volte il metro), le dimensioni dei microrganismi e delle loro strutture vengono espresse in

unità sottomultiple del millimetro.

L’osservazione e lo studio dei microrganismi, proprio per le loro dimensioni ridotte necessita di

strumenti ottici di precisione:

-Microscopio ottico (non potrò vedere i virus ma solo i batteri).

-Microscopio elettronico a trasmissione (quelli elettronici mi permettono di vedere le strutture dei

microrganismi. Mi permetteranno di vedere anche i virus, quelli ottici no).

-Microscopio elettronico a scansione.

MORFOLOGIA BATTERICA

La morfologia di un batterio si riferisce,

oltre che alla forma e alle dimensioni delle

singole cellule, anche al modo in cui queste

sono disposte tra di loro. Queste

caratteristiche sono codificate dal genoma

del singolo microrganismo e tramesse da

generazione a generazione.

La maggior parte dei batteri presenta una

forma ben definita che consente di

differenziarli in 3 gruppi morfologici:

COCCHI: a forma sferica. I nomi,

all’interno dello stesso gruppo

morfologico cocchi, diversificano tra di loro perchè la separazione dopo la scissione binaria non è

completa (diplococchi, streptococchi ecc), quindi rimangono ancora attaccati.

BACILLI: a forma bastoncellare allungata. La differenza tra diplobacilli e a palizzata dipende da

come si dividono le cellule (secondo scissione binaria) sull’asse. Dipende da come si dividono le

cellule, su una o più piani di divisione. Ci sono due assi, uno orizzontale e uno verticale. Se per

esempio l’asse è verticale, verranno a palizzata; se l’asse è a disposizione orizzontale, allora avrò i

diplobacilli.

SPIRILLI: a forma di spirale.

Alcuni microrganismi sono invece filamentosi ed altri ancora sono pleomorfi (dal greco: con più

forme; es Micoplasma che non ha parete cellulare), cioè multiformi per mancanza di una foggia ben

definita.

Se faccio colorazioni sbagliate, posso rompere i legami e quindi non riuscirò a vedere bene la

morfologia e non potrò quindi classificarli (infatti in diagnostica faccio prima l’osservazione).

{Riproduzione batteri: Generalmente asessuata, per divisione semplice/scissione binaria; ogni

batterio (cellula madre) si scinde in due unità, dando origine a due cellule figlie identiche

all'originale. Durante questo processo si possono formare degli aggregati batterici, da cui originano

colonie costituite da cellule diverse per numero e posizione:

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La riproduzione batterica avviene in due fasi distinte:

incremento delle dimensioni del batterio, che sintetizza e sviluppa le varie strutture cellulari;

divisione della cellula madre per originare due cellule figlie}

COCCHI

Si tratta di organismi sferici la cui dimensione varia da 0,5 a 1μm di diametro. I cocchi (dal greco:

granello) si osservano spesso in gruppi a causa della incompleta separazione delle singole cellule

durante il processo di riproduzione; poiché i piani di divisione variano a seconda del tipo di

microrganismo, la disposizione finale che assumono le cellule rappresenta una caratteristica molto

importante per l’identificazione del batterio stesso. Così la divisione sempre secondo lo stesso piano

determina la formazione di coppie di cellule (diplococchi), o di catenelle di cellule (streptococchi,

dal greco: ritorto). La divisione dei cocchi in due piani perpendicolari determina la formazione di

tetradi; mentre la divisione su tre piani produce tipici aggregati a grappolo (stafilococchi; dal greco:

uva). Non sempre però è possibile rilevare la tipica disposizione delle cellule: in effetti, le diverse

condizioni di coltivazioni del batterio, quali il tipo di terreno colturale e la temperatura di incubazione,<