Dispensa ecologia microbica

P

Intermediario ~ P

Fosforilazione Carrier di

ADP a livello del elettroni

substrato

ATP Composto organico ossidato

-

(accettore di e ) 9

Composto organico ridotto

(prodotto della fermentazione)

I microrganismi possono modificare le caratteristiche chimiche e fisiche dell’ambiente in cui

vivono, perché il fatto stesso di essere fototrofi o di essere eterotrofi consente loro di produrre delle

sostanze che possono essere acide o basiche, e quindi interferire con le caratteristiche ambientali

(fisiche – chimiche e nutrizionali). Se ho un produttore di acidi, che possono essere dei prodotti di

scarto della cellula, e questi acidi si accumulano, influenzeranno il pH del microambiente. Questo

ha delle gravissime conseguenze sulla trasformazione della materia, nonché nella trasformazione di

tutto ciò che ci circonda. Il ruolo dei microrganismi interseca il ciclo della materia con il flusso di

energia. I fototrofi sono degli organismi che organicano l’anidride carbonica quindi sono alla base

delle catene trofiche al pari di tutti i fototrofi sulla Terra (piante); anche a livello dei microrganismi

abbiamo dei produttori primari che rappresentano la larga base di questa piramide. Oltre ai fototrofi

abbiamo i chemioautotrofi. I produttori primari (generalmente batteri) passano la loro biomassa,

quindi il loro contenuto di carbonio, ai consumatori primari, ai consumatori di secondo e terzo

livello. I microrganismi allora sono alla base delle catene trofiche. Questo vale soprattutto in

ambiente acquatico. La produzione a livello superiore, per esempio la quantità di pesce è

assolutamente legato alla produzione primaria dei fototrofi. Tra i microrganismi fototrofi

annoveriamo le microalghe (una volta considerati i cianobatteri). Apriamo una grande parentesi:

come vivono i batteri? Quali sono le caratteristiche chimiche e fisiche e come incidono nella vita

dei microrganismi? Se guardiamo alla temperatura abbiamo una distinzione dei batteri in:

psychrophili, mesophili, thermophili e hyperthermophili. Chiameremo psychrophili quei batteri che

hanno un optimum di crescita intorno ai 4°C; chiameremo mesophili quelli che hanno un optimum

di crescita intorno ai 37°C; chiameremo thermophili coloro che hanno un optimum di temperatura

a 60°C; hyperthermophili quando il loro optimum di crescita supera gli 80°C. 10

La curva di crescita dei batteri ha un optimum di crescita al suo vertice e definisce una caratteristica

particolare di quel batterio così come la definisce l’optimum di crescita a un determinato pH,

l’optimum di crescita a una determinata percentuale di salinità o NaCl; questi che vengono chiamati

dei punti cardinali, gli optimum di crescita, ci danno la possibilità di conoscere a fondo quelle che

sono le caratteristiche fisiologiche della cellula, ma che ci aiutano a capire in quali ambienti e

perché possono vivere in determinati ambienti. Escherichia coli è un mesofilo infatti vive nel nostro

intestino il quale ha una temperatura di 37°. Chiameremo alotolleranti quegli organismi che

tollerano certe quantità di sale, in ambiente marino per esempio; avremo degli alofili che vivono

esclusivamente in presenza di una certa quantità di sale. La capacità di vivere, di avere il

funzionamento della cellula è idoneo all’ambiente in cui la cellula stessa ed è il motivo per cui i

batteri occupano tutti gli ambienti che noi conosciamo, dall’aria alle profondità marine. La crescita

di una cellula batterica segue il comportamento a “campana” delle curve di crescita: inizialmente

iniziano a dividersi progressivamente sino a raggiungere il loro massimo, vale a dire si raggiunge

l’optimum, qualunque esso sia, il massimo numero di divisione cellulare (sono schizomiceti, quindi

si dividono in 2 cellule figlie); quindi la prima parte della curva è un’ascesa molto ripida e la

ripidità di questa ascesa è legata alla facilità con cui le cellule riescono a dividersi, ma al contempo

alla produzione degli enzimi, perché ovviamente una cellula per poter vivere deve utilizzare il

substrato che gli stiamo fornendo e perciò deve avere un corredo di enzimi tali da poter utilizzarer

la sostanza che noi gli abbiamo sottoposto per crescere; al raggiungimento dell’optimum le reazioni

enzimatiche sono al massimo, dopodiché, come tutti gli elementi vitali, si ha un decremento, quindi

andiamo verso la morte.

Salute umana e ambientale

Le attività antropiche influenzano fortemente lo stato naturale di quasi tutti gli ecosistemi acquatici.

Gli ingressi di grandi quantità di sostanze nutritive, inquinanti e scarichi di acque reflue urbane,

possono alterare la qualità di laghi, corsi d’acqua, fiumi e ecosistemi marini costieri. Recenti

ricerche hanno notevolmente migliorato la nostra comprensione delle relazioni tra gli agenti

patogeni, ambienti costieri e marini, e la salute umana. Gli ecosistemi acquatici e di estuario

possono influenzare la misura in cui gli esseri umani sono esposti agli agenti patogeni microbici,

che comprendano entrambi i patogeni marini indigeni e agenti patogeni introdotti dall’esterno. Gli

agenti patogeni, che sono quegli organismi, dagli eucarioti ai virus, che causano malattie, ad

esempio il Vibrio colera (il quale ha un alto potere di virulenza), possono essere trovati in

associazione con animali acquatici, phytoplankton, zooplankton, sedimenti e detriti. Salinità,

temperatura, nutrienti e luce influenzano la sopravvivenza e qualche volta la proliferazione dei

patogeni.

 Organismi indicatori (definizione microbiologica specifica): organismi associati con il

tratto intestinale, la cui presenza in acqua indica che l’acqua ha ricevuto una contaminazione

di origine intestinale.

 Organismi indicatori (definizione chimica): l’assenza o un basso numero di un batterio può

indicare la presenza di una tossina nell’acqua. 11

 Falso negativo: una situazione in cui un indicatore è assente, ma l’organismo o ciò che

doveva indicare è ancora lì.

 Falso positivo: la presenza di un indicatore ma l’assenza dell’organismo o ciò che si

supponeva stesse indicando.

 Indicatore diretto: utilizzato per indicare la presenza del batterio o del composto chimico

che causa direttamente un problema preoccupante. (esempio: il rilevamento di Salmonella

che causa malattie gastrointestinali).

 Indicatore indiretto: serve a segnalare la presenza di un altro batterio o composto chimico

che causa direttamente il problema (esempio: la rilevazione di Escherichia coli indica la

possibilità che un agente patogeno possa esserci).

L’esame microbiologico di routine delle acque si basa su normative nazionali e internazionali

che privilegiano la determinazione della presenza di indicatori di contaminazione fecale, che da

un punto di vista statistico, hanno dimostrato una buona correlazione con la presenza di agenti

patogeni, la ricerca diretta dei quali potrebbe non essere conveniente se eseguita con regolarità.

Tradizionalmente i coliformi e gli streptococchi fecali sono stati considerati come i migliori

indicatori di contaminazione fecale, anche se negli ultimi anni si è andata diffondendo la ricerca

di E. coli in sostituzione o in abbinamento alla ricerca dei coliformi. L’Organizzazione

Mondiale della Sanità considera questa specie l’indicatore fecale ottimale per le acque dolci. La

determinazione di E. coli e, se necessario, dei coliformi, è facilmente eseguibile con terreni di

coltura di seconda generazione che determinano reazioni enzimatiche specifiche come la β-

glucoronidasi e la β-galattosidasi con substrati cromogeni. Altri microrganismi che si

riscontrano nelle acque e che in determinate circostanze sono di interesse del microbiologo,

anche per scopi epidemiologici sono Aeromonas, Legionella, Vibrio, Yersinia enterocolitica,

Salmonella, C. perfringens, p. aeruginosa. L’analisi microbiologica è effettuata seminando una

aliquota di campione su adatti terreni di coltura. Di norma vengono impiegate 4 metodiche:

1. Semina per inclusione di terreni di coltura solidi;

2. Semina sulla superficie di terreni di coltura (per piccoli volumi di campione e quando si

attendono cariche elevate)

3. Semina in provette contenenti terreni liquidi (Metodo del Numero più Probabile o MPN)

4. Filtrazione di membrana (adatta anche all’esame di grandi volumi ma problematica quando

il particellato in sospensione è elevato)

Quesiti che bisogna considerare prima di selezionare un indicatore:

1. Quali sono le informazioni e le risposte che richiediamo ad un determinato indicatore?

2. Quanto tempo ci vuole per ottenere le informazioni desiderate?

3. Qual è il costo per ottenere la risposta?

4. Quanto è precisa la risposta?

5. I tuoi risultati danno la risposta desiderata al passaggio 1?

6. L’indicatore che hai utilizzato ti ha dato un test falso negativo o falso positivo?

Criteri per determinare un buon indicatore di contaminazione fecale o indicatore della presenza

di patogeni gastrointestinali: 12

1. Deve essere un residente obbligato gastrointestinale

2. Non patogeno

3. Deve essere presente quando i patogeni sono presenti

4. Dovrebbe essere presente in numero maggiore rispetto ai patogeni

5. Non deve moltiplicarsi in natura

6. Dovrebbe essere rilevabile mediante metodi semplici, rapidi e poco costosi.

Criteri per selezionare un bioindicatore.

Un bioindicatore deve avere una stretta relazione causa – effetto, cioè deve essere presente in

risposta ad una causa; la concentrazione del bioindicatore deve essere specifica al tipo di

alterazione ambientale che si vuole studiare, cioè deve essere un organismo sempre presente

nonostante cause di stress; deve essere specifico nella risposta a specifici agenti di stress; deve

essere sempre utilizzabile; deve essere rappresentativo, vale a dire, mi dà la possibilità di

utilizzare il bioindicatore invece di tante analisi, perché fare un’analisi è costoso; deve avere una

bassa variabilità rispetto a quella del sistema in studio; non deve costare molto il tipo di analisi.

Un bioindicatore della buona qualità atmosferica sono per esempio i licheni.

Gli indicatori di contaminazione fecale segnalano la contaminazione fecale nelle acque ed

indicano un rischio teorico per la salute associato alla diffusione di patogeni (batteri, virus e

protozoi) trasmessi per via oro-fecale.

Per microrganismo indicatore di qualità si intende un microrganismo la cui presenza è

ammessa entro i limiti stabiliti da normative ufficiali oppure prefissati come standard interni per

un determinato alimento o linea di produzione. Sono comunemente adoperati come indicatori

di qualità i Coliformi totali, i Coliformi fecali e gli Enterococchi (i primi due Gram negativi,

gli ultimi Gram po