Microbiologia generale

MICROBIOLOGIA è quella branca della biologia che studia i microrganismi, ovvero gli esseri

viventi le cui dimensioni sono dell’ordine di grandezza dei micrometri (10⁻⁶ m) o nanometri (10⁻⁹ m –

virus) e appartengono a diversi Regni .

Forma e struttura

● Fisiologia

● Identificazione

● Rapporti con altri organismi viventi

● SCIENZA APPLICATA perchè:

SCIENZA DI BASE perchè medico-clinico: malattie infettive

i microrganismi condividono con gli dipendono dai microrganismi

organismi pluricellulari superiori molte settore agricolo: fertilizzazione dei

proprietà biochimiche e possono essere terreni grazie a microrganismi

studiati facilmente in laboratorio poiché industriale-biotecnologico:

quando messi in coltura crescono ad alta produzione di antibiotici e alimenti

densità ed in breve tempo fermentat i

utilizzando un microscopio di sua invenzione, scopre l'esistenza dei

Antonie van Leeuwenhoek

batteri. dimostra che i microrganismi sono incapaci di generarsi spontaneamente in un

Louise Pasteur

ambiente sterile, per cui è considerato il padre della microbiologia.

ORIGINE DEI MICRORGNAISMI

Nel XIX secolo il mondo scientifico era diviso tra i sostenitori:

Della generazione spontanea che pensavano che i microrganismi si generassero dalla materia

● non vivente

Che pensavano che i microrganismi provenissero dall’aria che contaminava il cibo

●

Lazzaro Spallanzani fu il primo a confutare la teoria della generazione spontanea con un esperimento

in cui sigillò un contenitore sterile contenente brodo di carne e osservò che non si generavano

microrganismi.

Successivamente Louis Pasteur perfeziona l’esperimento consentendo l’ingresso di

ossigeno e dimostrando che il brodo rimane sterile se non entra in contatto con i

residui dell’aria, mentre al suo interno si sviluppano microrganismi se vi entra in

contatto.

Robert Koch è considerato il padre delle tecniche microbiologiche:

1. Inventa un sistema scientifico per studiare i batteri, basato sui terreni di coltura batterici

all’interno di capsule Petri. Iniziò con l’utilizzo della patata come terreno di coltura, ma

essendo frequentemente contaminata da funghi e troppo selettiva per i batteri la sostituì con

la gelatina. Questa doveva essere aggiunta ai terreni nutritivi come agente solidificante, ma a

37°C (temperatura di crescita di molti patogeni) si liquefaceva ed era consumata dai batteri

come nutrimento. Infine trovò una sostanza più versatile, l’agar, un polisaccaride derivato dalle

alghe rosse usato come costituente principale dei terreni di coltura. Questo permise di estrarre

da un ambiente le diverse specie microbiche in coltura pura

2. Una coltura pura è una popolazione di organismi che derivano da un unico organismo vivente

iniziale, e permette di isolare un singolo ceppo microbico da una miscela contenente

Si ottiene mettendo la miscela microbica in terreno di coltura in modo

microrganismi differenti.

da disporre singole cellule distanziate le une dalle altre con la tecnica striscio (prendo una

goccia della miscela e la striscio sulla capsula Petri), poi incubo e ottengo colonie distinte tutte

provenienti da una singola cellula di origine. Di queste colonie si preleva quella di interesse e si

trasporta su un altro terreno sterile, da cui si ottiene la coltura pura, composta solamente da

cellule di un particolare microrganismo

3. scopre il batterio responsabile della tubercolosi, la più grave malattia dell'epoca

4. definisce POSTUALTI DI KOCH per stabilire se un microrganismo è responsabile di una

determinata malattia il microrganismo deve essere

presente costantemente negli

individui malati, ed assente in quelli

sani

deve essere possibile isolarlo e

coltivarlo in colture artificiali

re inoculato in un organismo

sano deve riprodurre la malattia

iniziale

deve essere possibile isolare

Carlo Linneo responsabile della nomenclatura dei microrganismi.

Hans Joachim Christian Gram scoprì come alcune famiglie di batteri reagiscano diversamente

all’esposizione ad alcune sostanze colorandole diversamente. Così è stato possibile classificare le

cellule batteriche in due grosse categorie: i batteri Gram-positivi e quelli Gram-negativi.

Alexander Fleming scopre la penicillina, un microrganismo con azione antibiotica.

Nel XX secolo la microbiologia si è sviluppata in due direzioni principali:

Microbiologia di base Microbiologia applicata

studio del

fisiologia microbica: medica: scoperta dei principali

funzionamento della cellula microbica patogeni umani

genetica microbica: studia la genetica dei agraria: conoscenza dei processi

microrganismi microbici del suolo

microbiologia evoluzionistica: studia industriale: i batteri possono essere

l'evoluzione dei microrganismi impiegati come macchine per

produrre qualcosa

Microrganismi

Protozoi Virus

non appartengono a nessun regno

Batteri

Alghe Funghi

REGNI

Animali

Funghi Eucarioti (dominio)

Piante

Protisti Archea (batteri che vivono in condizioni estreme) Procarioti (dominio)

Monera Batteri

PROTOZOI sono organismi eucariotici unicellulari

sono considerate apparse sulla Terra

le prime forme animali

possono esistere anche come di individui singoli

associazioni coloniali

ovvero hanno bisogno di materiale organico (prodotto dagli autotrofi) che loro

sono eterotrofi,

assemblano in macromolecole

si riproducono per via agamica consiste nella divisione cellulare della pianta madre, che genera una

nei protozoi la più tipica è la scissione

pianta figlia con le stesse identiche caratteristiche genetiche,

binaria.

convertono materiale

inorganico (CO₂) in organico

(zuccheri) nel ciclo di Calvin

Sono organismi fototrofi che fanno la fotosintesi, quindi l’energia deriva dalla luce, diversamente

dagli organismi chemiotrofi che producono energia dai composti chimici ossidandoli e questi

possono essere di natura organica (zuccheri, lipidi e proteine) o inorganica (idrogeno)

Cellule sono fatte da materiale organico (macromolecole- proteine lipidi e acidi nucleici) , e per

riprodursi necessitano di energia. A seconda della fonte usata per prendere materiale. Organico

abbiamo:

AUTOTROFI: convertono anidride carbonica usata nel ciclo di Calvin per sintetizzare materiale

● organico

ETEROTROFI : assemblano materiale organico prodotto dagli autotrofi in pezzetti di

● macromolecole

In base alla fonte da cui ottengono di energia i M.O si distinguono in :

FOTOTROFI: Utilizzano la luce cioè fanno fotosintesi anossigenica che mo libera O2, ma libera

● zolfo

CHEMIOTROFI = producono energia degradando composti chimici attraverso reazioni chimiche

● di ossidazione rimuovendo elettroni e protoni quindi interi idrogeni da un composto iniziale

che può essere di due tipi e a seconda del composto i chemiotrofi si distinguono in :

chemioautotrofi o Chemioeterotrofi o

chemiolitotrofi : microorganismi chemiorganotrofi sono Idrogneno batteri:

che ossidano a partire da un quelli che producono ossidano H2 per produrre

composto inorganico energia ossidando materiale energia

(idrogenobatteri) organico

TIPI DI RIPRODUZIONE

Il processo di riproduzione è caratteristico di ogni M.O:

BATTERI si riproducono per scissione binaria

LIEVTI si riproducono attraverso gemmazione

ALGHE che contengono pigmenti come clorofilla, e al

sono organismi eucariotici uni o pluricellulari

loro interno sono presenti apparati fotosintetici (fototrofi) e sono autotrofi quindi attraverso il ciclo di

non prevede che

calvin fissano co2 in materiale organico. Si riproducono per via agamica asessuata,

ci sia condivisione del materiale genetico, diversa dalla produzione gamica in cui si ha la fusione del

materiale genetico

LIEVITI E MUFFE fanno parte del regno dei miceti o dei funghi, non possiedono una connotazione

tassonomica, ma entrambi sono eterotrofi e quindi possono sfruttare l’ l'ossidazione degli alimenti

per produrre energia;

Lieviti sono eucarioti che si dividono per che botta alla formazione di

● unicellulari gemmazione

una gemma(contenente dna duplicato) sul corpo della cellula madre che poi si stacca dando

origine alla cellula figlia responsabile di molti processi fermentativi

fatte da tante cellule in serie a formare filamenti chiamati

Le muffe

● pluricellulari

sono eucarioti

IFE e più ife si organizzano in una struttura più complessa chiamata MICELIO che può essere:

che si vede in superficie perché muffe usano ossigeno per crescere

● aereo che prende nutrimento grazie a ossidazione composti organici presenti sul

● vegetativo

substrato dell’elemento su cui crescono.

quindi crescono bene in presenza di materiali in decomposizione. Hanno possibilità di

Sono saprofite

sintetizzare tanti enzimi in grado di degradare materia prime tra cui sostanze complesse come lignina

e cellulosa. Si possono riprodurre sia per via asessuata(agamica) o sessuata(gamica) che avviene in

entrambi i casi mediante la produzione di spore.

Le spore possono essere :

Endospore prodotte dai batteri inizialmente all’interno, e che in condizione di stress non

● riescono a crescere bene, e quindi i batteri sporigeni possono fermare la loro crescita e

trasformarsi in qualcosa di inerte che è la spora. In grado di resiste ad alte temperature e per

alta disidratazione aumenta resistenza termica. La spora è caratterizzata da tanti involucri

impenetrabili alle sostanze chimiche/tossiche. Il processo è reversibile quindi può rimanere

spora e nel momento i cui ci sono condizioni idonee può germinare e tronare batterio

Esospore delle muffe che si distaccano e permettono diffusione muffa facilitandone la

● replicazione nell’ambiente (ruolo riproduttivo di dispersione)

BATTERI

Batteri sono che traggono energia da sostanze organiche

organismi procariotici unicellulari

o dalla sostanza inorganica . Alcuni sono che possono

chemiorganotrofi chemiolitotrofi fototrofi

sfruttare luce o reazioni chimiche. Si possono riprodurre per scissioni binari in cui il batterio va

incontro a duplicazione del materiale genetico successivamente la cellula aumenta il proprio volume

fino a formare un setto che permette la divisione della cellula madre ingrandita in due cellule figlie,

questo processo avviene in circa 20 minuti

VIRUS

Virus sono microrganismi quindi sono acellulari, sono parassiti che per

che non hanno una cellula

replicarsi hanno bisogno di cellula ospite

in questo caso i virus sono chiamati Batteriofagi

● cellula eucariotica

Su

● cellula procariotica

● Cellula vegetale

Sono fatti da proteine e materiale genetico(DNA o RNA) racchiuso in un involucro proteico(caspide) e

una volta attaccato l'ospite inietta al suo interno il materiale genetico sfruttando i processi della

cellula per poterlo replicare.

Le cellule possono essere considerate:

strumenti codificanti: la cellula per poter crescere deve duplicare il proprio DNA e replicarlo

● macchine cellulari:

● producono una molecola energetica (ATP), per fototrofia o chemiotrofia, che viene

● usata nel momento del bisogno, partendo da ADP a cui lega poi un fosfato generando

ATP i cui legami fosfato sono continuamente sintetizzati e idrolizzati.

enzimi nei chemiorganotrofi ossidano molecole organiche, principalmente zuccheri,

● liberi nella matrice che devono essere portati all’interno della cellula. Per farlo

necessitano di enzimi in grado di trasportare nella cellula i nutrienti e di altri in grado di

degradare la sostanza per poterla utilizzare. Per poterlo fare la cellula deve mettere in

atto processi di Trascrizione e traduzione al fine di sintetizzare proteine quindi enzimi

che appunto permettono di utilizzare quei nutrienti presente nell’ambiente

CARATTERISTICHE MICRORGASNIMI

Tutti gli mo compiono:

un ovvero tutte le cellule trasformano sostanze chimiche al loro interno. Cellula

● metabolismo

sistema aperto perché sostanze chimiche entrano, vengono trasformate formando prodotti di

scarto che vengono poi eliminate all’esterno.

Si

● riproducono

Solo alcuni si possono e formare una struttura cellulare, come batteri che

● differenziare

possono formare spora creata all’interno della cellula al cui interno viene trasferito materiale

cellulare che poi si disidrata ed esce per sopravvivere.

Una caratteristica di tutte le cellule, quindi determinati comportamenti che le cellule

● assumono deriva proprio da questa caratteristica.

Movimento dei batteri attraverso un estroflessione ancorata alla membrana citoplasmatica

● con struttura tubolare che si chiama flagello esso non si flette, ma ruota su se stessa

permettendo movimento. Tale movimento può avvenire per :

CHEMIOTASSI: movimento FOTOTASSI: movimento indotto

indotto da un gradiente dalla luce

chimico

Tutti i batteri si possono differenziare ed evolvere verso nuove specie, partendo da una cellula

ancestrale e successivamente dopo numerose riproduzioni si evolvono, tali evoluzioni avvengono

perché, mediante la trasmissione verticale dell’informazione genetica da madre a figlia, avvengono

delle modifiche/mutazioni sul genoma in determinati punti che portano le cellule figlie ad avere DNA

diverso portando così a variabilità genetica. Esistono anche trasmissioni orizzontali in cui il DNA può

cambiare tra cellule che fanno parte della stessa generazione. I tre processi che portano alla modifica

del patrimonio genetico di cellula della stessa generazioni sono:

CONIUGAZIONE: processo che porta all’acquisizione di plasmidi che possono essere trasferiti

● da un batterio a un altro, che se acquisito porta a un cambiamento genetico.

TRASDUZIONE: avviene attraverso virus che precedentemente hanno attaccato il batterio, e

● quindi possono introdurre all’interno del proprio capside pezzetti di genoma batterico, che

successivamente trasferiscono in un nuovo attacco.

TRASFORMAZIONE cellula batterica acquisisce dall’ambiente materiale genetico esogeno che

● può essere portato nella cellula e integrato nel genoma portando ad un processo di

RICOMBINAZIONE.

PROCARIOTI: CELLULE

Batteri :

EUCARIOTI

Archea Protozoi

COMPARTIMENAZIONE: Funghi

Sono di piccole dimensioni, Lieviti

con una struttura cellulare Muffe

semplice COMPARIMENTAZIONE: sono molto più

NUCLEOIDE: non hanno complessi e grandi.

nucleo ma nucleoide che è NUCLEO: all’interno del quale è contenuto il DNA

zona dispersa nel racchiuso da una membrana nucleare che lo

citoplasma dove è separa dal citoplasma

aggrovigliato DNA ma è ORNGANULI: interni (mitocondri, ribosomi,) e

privo di membrana. complessi di membrana( apparato di golgi,

ASSENZA DI ORGANULI: reticolo endoplasmatico)

gli unici organuli presenti ASSENZA PARETE CELLULARE

nel citoplasma sono i RIPRODUZIONE: Asessuata e sessuata

ribosomi Nei batteri la parete cellulare è fatta da

4 MACROMOLECOLE che li compongono : lipidi,

PRESENZA DI PARETE con pectine e zuccheri, le

peptidoglicani i

proteine, amminoacidi e acidi nucle

CELLULARE piccole dimensioni dei batteri presenta dei

RIPRODUZIONE:

asessuata o agamica vantaggi quali:

4 MACROMOLECOLE che ● Elevato rapporto superficie / volume

di sostanze nutritive con l’ambiente esterno

● Scambi più efficienti : cellule piccole producono enzimi necessari a seconda del

● Flessibilità metabolica fisiologica

momento, grazie ai meccanismi di regolazione molto es;(procarioti regolano trascrizione in

modo più efficiente degli eucarioti tramite proteine che si legano al dna e fanno partire o

bloccano la trascrizione in una parte del dna legandosi al promotore che è la zona dove parte

la trascrizione), o enzima per l’utilizzazione del maltosio se presente o di enzimi per il trasporto

de nutrienti che deve entrare nel citoplasma dall’esterno e altri che li degradano per produrre

energia. dei MO tramite l’aria

● Diffusione facilitata

Tutto ciò che avviene nella cellula batterica avviene nel citoplasma. Altro tipo di energia presente

sulla membrana è la FORZA PROTON MOTRICE ovvero un gradiente di cariche che presenta cariche

positive fuori dalla membrana citoplasmatica utilizzate dal batterio per compiere dei lavori. Flagello

ad esempio tutte le volte che si muove usa energia

Essi possono avere diverse forme, e a seconda della forma assumo un nome diverso:

cocchi, forma tonda

bacilli, forma a bastoncino

spirilli forma a spirale

COMPOSIZIONE CELLULA MICROBICA:

� CITOPLASMA : matrice acquosa in cui sono disciolti sali minerali e sostanze organiche e dove sono presenti

tutte le strutture necessarie per le funzioni cellulari. Ricco di organuli specializzati negli eucarioti, di soli ribosomi

nei procarioti. E’ nel citoplasma che ha luogo il metabolismo e la sintesi proteica.

� NUCLEO O NUCLEOIDE : struttura dove sono localizzate le informazioni genetiche, cioè l’acido

desossiribonucleico (DNA) e l’acido ribonucleico (RNA). E’ la principale differenza tra eucarioti e procarioti

(presenza/assenza).

� MEMBRANA CELLULARE : rappresenta il confine tra citoplasma e l’esterno della cellula. Ha la funzione di

regolare il passaggio delle molecole e nei procarioti è sede del metabolismo respirativo.

� PARETE CELLULARE : Presenta una composizione chimica differente tra procarioti ed eucarioti ma svolge le

stesse funzioni: mantenere la forma della cellula e proteggerla da fattori esterni come la pressione osmotica

� PLASMIDI: coinvolti nel processo di coniugazione, assenti nella cellula eucariotica

I batteri non possiedono i MITOCONDRI che invece sono presenti nella cellula eucariotica in cui svolgono i processi

di respirazione , quindi in essi la respirazione avviene a livello della membrana citoplasmatica.

� GENOMA tutto il patrimonio genetico della cellula, nei batteri il genoma totale è dato dalla somma del geni sul

cromosoma più quello presente nel plastide. ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA può essere