Microbiologia

Domande microbiologia

Introduzione alla microbiologia

1. La microbiologia ha avuto un impulso da Pasteur per: dimostrazione che i microrganismi vengono trasportati dall’aria.

Postulati di Koch

2. 4 postulati di Koch:

• L’agente responsabile della malattia deve essere presente in tutti i casi della malattia;
• Deve essere possibile isolare il microrganismo dall’ospite malato e farlo crescere in coltura pura;
• Ogni volta che una coltura pura del microrganismo viene inoculata in un ospite sano si riproduce la malattia;
• Il microrganismo deve essere isolato nuovamente dall’ospite infettato sperimentalmente.

Componenti della parete batterica

3. La parete dei batteri può comprendere i seguenti componenti: lipopolisaccaridi, lipoproteine, acidi teicoici.

Sterilizzazione

4. La sterilizzazione di una soluzione va effettuata con: autoclave.

Parete dei batteri gram

5. La parete dei gram negativi può comprendere: D-Alanina, L-Alanina, D-Glutammato, Acido mDiaminoPimelico, (N-acetilgucosammina, Acido-N-acetilmuramico).

6. La parete dei gram positivi può comprendere: glicina, Lisina, D-Alanina, L-Alanina.

Metodi di riconoscimento batterico

7. Metodi di riconoscimento dei batteri: diretto (anticorpi fluorescenti reagiscono specificamente con gli antigeni di superficie microbici) e indiretto (anticorpi non fluorescenti legano gli antigeni di superficie delle cellule batteriche).

Archeobatteri e altri microrganismi

8. La membrana citoplasmatica di alcuni Archeobatteri può comprendere: glicerolo, fosfato, legami etere, isoprene.

9. La chemiotassi di un microorganismo è: spostamento influenzato da stimolo esterno.

10. Per spora batterica si intende: organo di mantenimento vegetativo.

11. Per spora fungina si intende: organo da riproduzione sessuata.

Processi e funzioni microbiche

12. La funzione protettiva operata dalla catalisi produce: 2H₂O e O₂ (da H₂O₂).

13. I funghi si accrescono per: crescita apicale, gemmazione.

14. La disinfezione tramite raggi UV sfrutta la fascia degli: UV-C.

15. La resistenza all’anidride solforosa da parte di Saccharomiyces cerevisiae: non resiste a concentrazioni maggiori di 200 ppm.

16. I microorganismi chemiolito eterotrofi utilizzano: Energia: composto organico ridotto; Trofia: Composto organico.

17. Fermentazione birra: dai 4 ai 6 gradi Saccharomyces carlsbergensis, dai 15 ai 20 gradi Saccharomyces cerevisiae.

18. Quale delle quattro famiglie di batteri fototrofi accumula S intracellulare: Chromatiaceae.

Enzimi e reazioni microbiche

19. Il lisozima serve a: degradare la mureina.

20. La concentrazione cellulare vitale di un lievito si determina mediante: centrifugazione e peso.

Effetti ambientali e microbici

21. Effetti della temperatura sulla composizione degli acidi grassi della membrana: < temperature > numero acidi grassi insaturi.

22. Relazione stress-idrici microrganismi, la classe 4 ha un sistema di accumulo soluti: inducibile e costitutivo.

23. La cellula procariotica è caratterizzata da: DNA diffuso, ribosomi 70S, membrana cellulare, parete cellulare.

Riproduzione dei funghi

24. Riproduzione dei funghi, elenca tipi di conidi delle modalità:

• Blastica: blastogonia o gemmazione, fialidi, sporangi.
• Tallica: aleurioconidi, artroconidi, clamidoconidi.

Reazioni biochimiche microbiche

25. L’ossidazione del piruvato nei microrganismi aerobi avviene tramite: piruvato deidrogenasi.

26. Nelle fotoreazioni dei microorganismi fotosintetici il flusso elettronico aperto: riduzione NADP⁺ e spostamento H⁺ all’esterno della membrana.

27. L’assunzione del lattosio negli omofermentanti può avvenire secondo un meccanismo di: sinporto con H⁺ e antiporto con galattosio.

Fermentazione e metabolismo

28. La trasformazione di C₂H₅OH in CH₃COOH da parte dei microrganismi è una: fermentazione.

29. Alcuni litoautotrofi possono fissare la CO₂ tramite: ciclo riduttivo degli acidi tricarbossilici.

30. Durante la produzione da parte dei lieviti, i carboni del glucosio che vanno a CO₂ sono: C3 e C4.

Disinfezione e fermentazione

31. La clorazione per la disinfezione dell’acqua deve essere effettuata a: pH minore di 7,5.

32. Quali sono i sottoprodotti della fermentazione eterolattica e da che microrganismi è attuata: dal glucosio vengono prodotti acido lattico, etanolo (o acetato) e CO₂ attraverso la via dei pentoso-fosfati, ad opera di Leuconostoc mesenteoides e Lactobacillus.

33. Quali sono i sottoprodotti delle fermentazione omolattica e da che microrganismi è attuata: da piruvato viene prodotto lattato, attraverso la via glicolitica, ad opera di Lactococcus lactis e Lactobacillus delbruchii.

Metaboliti e stabilità chimica

34. Differenze fra metaboliti primari e secondari: metabolita primario prodotto in fase esponenziale, metabolita secondario prodotto in fase di latenza.

35. In assenza di microrganismi il Fe²⁺ è più stabile a: pH acidi.

Tossine e sequenze microbiche

36. La tossina del Clostridium botulinum: blocca la produzione di acetilcolina.

37. Quale sequenza metabolica avviene nella produzione di biogas: idrolisi, fermentazione, acetogenesi, metanogenesi.

38. Quale sequenza microbica avviene in normali condizioni di insilaggio: facoltativi aerobi, lattici omofermentanti, lattici eterofermentanti.

39. Quali popolazioni funzionano da “cementanti” nei fanghi attivi: zooglee.

40. La Nitrito Riduttasi si trova nel: periplasma.

Degradazione e fermentazione

41. Quale polimero del carbonio è più facilmente degradabile tra lignina, cellulosa e chitina: chitina.

42. Il potere fermentativo quale carattere di selezione dei lieviti è: la capacità di resistere a [etanolo].

43. Con potenziale Red-Ox (Eh) uguale a -200 mV: alcuni anaerobi stretti non riescono a crescere.

44. Metil coenzima M reduttasi è un enzima responsabile per la: metanogenesi.

45. Tasso di crescita specifico:

Studi sui microrganismi

Origine dei microorganismi e sviluppo della microbiologia:

• Antichità: teoria della generazione spontanea
• 1665: Redi indebolimento della teoria della generazione spontanea tramite la scoperta di larve di mosche nella carne.
• 1680: Anton Van Leeuwenhoek osserva gli “animacules” (microorganismi) con l’uso del microscopio.
• Metà 1700: Spalazzani inventa la sterilizzazione degli infusi in contenitori. Si scopre che gli “animacules” vengono trasportati dall’acqua.
• Inizio 1800: Appert applica la sterilizzazione
• Fine 1800: i chimici scoprono che la mancanza di O₂ impedisce la crescita microbica
• 1900: viene scoperto che un infuso può rimanere sterile anche a contatto con l’aria. Pasteur: esperimento con ampolla a collo di cigno.

Ruolo dei microorganismi nelle trasformazioni chimiche

1828: prima sintesi organica da componenti inorganici

1860: Pasteur postula che i microrganismi sono gli agenti delle trasformazioni spontanee, scopre la vita senz’aria tramite i batteri butirrici e stima i rendimenti in biomassa. Tyndall svolge studi assieme a Pasteur e inventa la Tindalizzazione (simile alla pastorizzazione). Inoltre, scopre che i batteri possono essere termolabili e termoresistenti.

Microorganismi come agenti di malattie

1864: Lister applica la sterilizzazione alle sale operatorie

1876: Koch dimostra la causa batterica del carbonchio; postulati di Koch: prove per dimostrare che uno specifico organismo causa una specifica malattia.

• L’agente responsabile della malattia deve essere presente in tutti i casi riscontrati di quella malattia;
• Deve essere possibile isolare il microorganismo dall’ospite malato e farlo crescere in cultura pura;
• Ogni volta che una cultura pura del microorganismo viene inoculata in un ospite sano si riproduce la malattia;
• Il microorganismo deve essere isolato nuovamente dall’ospite infettato sperimentalmente.

Genetica

• 1856: Studi di Mendel e Darwin
• 1945: nascita della biologia molecolare
• 1953: Watson e Crick descrivono per primi la struttura del DNA
• 1963: identificazione codice genetico
• 1970: tecnologia DNA ricombinante

Differenze principali tra animali metazoi e piante vascolari

Differenze strutturali

Cloroplasti: Presenti nelle piante, Assenti negli animali

Modalità di crescita: Aperta nelle piante, Chiusa negli animali

Suddivisione degli organismi cellulari

L’albero filogenetico universale della vita evidenzia che gli Eukarya costituiscono un dominio più vicino agli Archea che ai Bacteria. LUCA è l’acronimo di “Last Universal Common Ancestor” (ultimo antenato comune universale). La filogenesi degli Eukarya è desunta dal 18S dei ribosomi citoplasmatici eucariotici, anche se le sequenze ribosomiali sembrano più attendibili per Bacteria e Archea.

Questo metodo differenzia alcuni Eukarya per essersi discostati molto prima rispetto agli altri eucarioti. Questi “eucarioti di ramificazione” sembravano fenotipicamente primitivi (privi di mitocondri). Ora sappiamo che però contengono “idrogenosomi” e quindi potrebbero non essere così antichi. Alberi filogenetici basati su altre sequenze codificanti mostrano differenze con la filogenesi 18S.

Esperimento di Stanley Miller

Esperimento di Stanley Miller – 1952: vengono ricreate le condizioni primordiali della terra e generata la vita

Vita microbica primordiale

• Stromatoliti: strutture sedimentarie, finemente laminate, dovute all’attività di microrganismi fotosintetici bentonici come procarioti (es. cianobatteri) e anche alghe microscopiche eucariote. Sono state fra le maggiori responsabili per la presenza di O₂ nell’atmosfera terrestre e sono state l’organismo che ha dominato la terra per miliardi di anni. Le più antiche sono state rinvenute in una roccia di 3,3 miliardi di anni fa in Australia.
• Sono stati rinvenuti microfossili che ricordano i cianobatteri filamentosi odierni datati un miliardo di anni fa. Sono stati rinvenuti anche microfossili che ricordano le alghe verdi moderne.
• Cumuli sottomarini e loro possibile collegamento all’origine della vita: transizione dalla chimica prebiotica alla vita cellulare; Eventi chiave che portano alla vita cellulare:
  • RNA autoreplicante;
  • Attività enzimatica delle proteine;
  • DNA che acquisisce funzione di codifica genetica.

Da qui derivano diversificazioni nella biologia molecolare e nella biochimica che hanno portato alla nascita dei Bacteria e Archea. (2,4 miliardi di anni fa) Grande evento di ossidazione: ossidazione graduale dell’atmosfera da parte di cianobatteri. I batteri aerobi in grado di sopravvivere con un basso livello di O₂ hanno perciò dominato il pianeta per, verosimilmente, un miliardo di anni.

Differenze tra cellule eucariote e procariote

*All’aumentare della dimensione della cellula il rapporto superficie/volume diminuisce. Inoltre, è bene ricordare che esistono alcuni procarioti che superano la soglia dei 10 µm e possono arrivare ai 400-750 µm.

Morfologie cellulari rappresentative

Cocco, Bastoncello, Spirillo, Spirocheta, Filamentoso

Microbiologia

Metabolismo: assorbimento di elementi chimici dall’ambiente, trasformazione nella cellula e eliminazione degli elementi di scarto. La cellula è quindi un sistema aperto.

Riproduzione: elementi chimici nell’ambiente vengono trasformati in altre cellule tramite direzione di altre cellule preesistenti.

Differenziazione: formazione di nuove strutture come spore, di solito facenti parte della vita cellulare

Comunicazione: interazione fra le cellule mediante principalmente elementi chimici che vengono assorbiti e rilasciati.

Movimento: alcuni organismi viventi sono capaci di propulsione

Evoluzione: le cellule si evolvono per ottenere nuove proprietà biologiche

Batteri

I batteri sono cellule semplici procariote e possiamo distinguerli in due grandi gruppi in base alla parete cellulare:

• Gram-positivi: la parete è strutturalmente più semplice ma anche più resistente (più polimeri di peptidoglicano)
• Gram-negativi: la parete è più complessa ma è anche più facilmente lisabile

Il peptidoglicano: D-Acidoglutammico =D-glutammato

Il peptidoglicano è un polimero formato da 100-150 subunità con ripetizione di molecole di N-acetilglucosammina e Acido-N-acetilmuramico legate fra loro tramite legame β(1-4). La struttura del peptidoglicano è affine a quella della cellulosa e della chitina. I singoli filamenti sono agganciati fra di loro tramite questi tetrapeptidi.

La differenza sostanziale fra il peptidoglicano dei gram-positivi e dei gram-negativi sta nella composizione delle subunità del peptidoglicano stesso: nei gram-positivi in posizione 3 troviamo la lisina mentre nei gram-negativi troviamo l’acido meso-diamminopimelico. Inoltre, nei gram-positivi per legare i tetrapeptidi non c’è un legame diretto ma c’è un ponte pentaglicinico (5 molecole di Glicina).

Per digerire le pareti di peptidoglicano vengono utilizzati enzimi in grado di rompere il legame β(1-4). È necessario usare più lisozima per i gram-positivi.

Nei gram-positivi possiamo trovare altri componenti come gli acidi teicoici: i ridittol-teicoici e glicerol-teicoici. Questi componenti hanno una distribuzione all’interno della parete di peptidoglicano. I ridittol-teicoici li troviamo nella parte esterna mentre i glicerol-teicoici servono per l’ancoraggio alla membrana citoplasmatica (questa distribuzione deriva dall’affinità che c’è nella parte lipofila: il glicerolo è molto più affine alle membrane citoplasmatiche ed è quindi più distribuito nella zona inferiore).

La complessità della parete dei gram-negativi deriva dal fatto che oltre alla presenza di peptidoglicano è presente una doppia membrana ancora più esterna. In questa si creano porine: aggregazioni che permettono a determinate molecole di passare nello spazio periplasmatico (fra le due membrane sono presenti numerosi enzimi polifunzionali e questo spazio è anche sede di accumulo di molte sostanze). C’è, inoltre, la presenza di conduttori: lipoproteine, ossia molecole che hanno parte lipofila (che si trova verso la membrana esterna) e proteica (che si aggancia al peptidoglicano).

La doppia membrana esterna dei gram-negativi nella parte interna è costituita da un monostrato fosfolipidico mentre la parte esterna è costituita da un diverso monostrato costituito da molecole particolari. Queste hanno una coda formata da acido grasso, che si contrappone ai fosfolipidi della parte interna, e una testa formata da due molecole di acetil-glucosammina alla quale sono legati una serie di saccaridi esterni: strutture saccariche formate da 6-7 sequenze di glucosidi con una sequenza esterna che varia da specie a specie ma anche all’interno della stessa specie (varietà della stessa specie). Queste sequenze esterne sono quelle che creano gli antigeni specifici (sierotipi) e tale proprietà ci permette di riconoscere i batteri tramite anticorpi specifici marcati con sostanze fluorescenti.

Metodi di riconoscimento dei batteri

• Metodo diretto: gli anticorpi fluorescenti reagiscono specificamente con gli antigeni di superficie microbici.
• Metodo indiretto: anticorpi non fluorescenti legano gli antigeni di superficie delle cellule batteriche. Un secondo anticorpo fluorescente viene prodotto per legare specificamente l’anticorpo non fluorescente.

Osservazione dei batteri

L’osservazione dei batteri richiede l’utilizzo del microscopio ottico. È perciò necessario isolare solo i microorganismi ai quali siamo interessati e ottenere colture pure usando tecniche specifiche come l’utilizzo di una fiamma o la tecnica dello striscio. È necessario colorare i batteri: questo ci aiuta anche a distinguere i gram-positivi dai gram-negativi. Per colorarli innanzitutto si deve “spalmare” la coltura sul vetrino, farla asciugare all’aria e fissarla facendo evaporare l’acqua tenendo il vetrino vicino ad una fiamma (ad una distanza di sicurezza) e, in seguito, usare una sequenza di coloranti specifica. Si inizia con il “Cristal-violetto” che deve essere tenuto sul vetrino per 1 minuto, si sciacqua con acqua, si mette per 1 minuto l’“Ugol”, si sciacqua per 30 secondi con etanolo e poi con acqua, si mette il colorante di contrasto (Safranina) per 30 secondi/1 minuto, si sciacqua con acqua e si tampona. Per l’osservazione si usa un ingrandimento 100x al microscopio ottico. Quello che si nota è che i batteri gram-positivi hanno una colorazione blu mentre quelli gram-negativi hanno una colorazione rosa. Questa differenza dipende proprio dai diversi tipi di parete cellulare: i gram-positivi hanno una parete più resistente e il peptidoglicano non si stacca e perciò mantengono la colorazione.

Conservazione dei batteri

I ceppi di batteri (ma anche di microorganismi) nuovi che vengono sviluppati e studiati vengono conservati nelle banche microbiche: ogni ceppo isolato e coltivato deve avere un proprio rappresentante all’interno di tali banche. Questi ceppi poi possono essere comprati dalle aziende e istituti. Ovviamente i ceppi venduti sono uguali a quelli depositati (non hanno mutazioni): questo grazie alle tecniche di conservazione.