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In molti batteri la membrana non è continua ma presenta una complessa serie di

invaginazioni irregolari, denominate mesosomi, che sono collegati con varie attività

cellulari tra cui la divisione cellulare e la respirazione.

La membrana citoplasmatica racchiude il citoplasma batterico, una struttura

colloidale composta per l’80% da acqua e per il 20% da molecole organiche come

carboidrati, proteine e lipidi. A differenza del citoplasma eucariotico, quello batterico è

privo di compartimenti ed organuli (ad eccezione dei ribosomi). Occasionalmente però

possono essere presenti inclusioni costituite da glicogeno, polisaccaridi e polifosfati

che rappresentano il materiale nutritivo di riserva.

I ribosomi procariotici, come quelli eucariotici, sono costituiti da due subunità

asimmetriche, sono composti per il 60% da RNA e per il 40% da proteine e sono

deputati alla sintesi proteica.

Materiale genetico

Il materiale genetico è immerso direttamente nel citoplasma, quindi non è circondato

da una membrana nucleare, ed è costituito da un’unica grande molecola di DNA, di

forma circolare e in grado di auto replicarsi, definito cromosoma batterico. Spesso

nei batteri è possibile osservare la presenza di due cromosomi, in quanto non sempre

la replicazione del cromosoma e la divisione cellulare avvengono in contemporanea.

Oltre al cromosoma batterico, possono poi essere presenti altre molecole circolari di

DNA extracromosomiale, dette plasmidi. Anche i plasmidi sono portatori di

informazioni genetiche, come la resistenza agli antibiotici, ma non sono essenziali per

la vita del batterio.

Strutture esterne

I batteri presentano inoltre un’ampia varietà di strutture collocate sulla superficie

esterna della parete cellulare che rivestono un ruolo di rilievo per la protezione, la

mobilità e nei processi di attacco alle superfici.

La capsula è una struttura di natura polisaccaridica, posseduta da molti batteri Gram

+ e Gram -, che racchiude all’esterno la cellula batterica. Non è una struttura

costantemente presente e, anche se presente, i patogeni che ne sono dotati possono

perderla quando coltivati in vitro. Si forma per secrezione di polisaccaridi ad alta

viscosità che rimangono adesi alla superficie cellulare conferendo al batterio proprietà

di adesività a superficie esterne. Ha inoltre funzione antifagocitaria e ostacola l’azione

di alcuni antibiotici.

La sua presenza si evidenzia con la colorazione “negativa” con inchiostro di china.

Inserendo una goccia di inchiostro di china in una sospensione batterica, i batteri con

capsula presentano un alone chiaro.

Alcuni batteri sono inoltre dotati di appendici come flagelli e fimbrie o pili.

I flagelli sono appendici locomotorie lunghe e sottili, visibili al microscopio ottico solo

dopo colorazione. Hanno forma elicoidale e sono costituiti dalla proteina flagellina.

Sono presenti esclusivamente nei batteri di forma cilindrica e sono necessari per la

motilità dei batteri. Possono essere presenti ai poli della cellula (flagelli polari) oppure

distribuiti in modo uniforme su tutta la periferia cellulare (batteri peritrichi).

Le fimbrie o pili sono ulteriori appendici filiformi che hanno come funzione principale

quella di ancoraggio. Hanno struttura simile a quella dei flagelli, ma risultano più corti

e rigidi e differiscono nella composizione chimica in quanto sono formati dalla proteina

pilina. Quando sono cavi internamente sono chiamati pili sessuali e servono alla

coniugazione tra due batteri, per il trasferimento del materiale genetico.

RIPRODUZIONE BATTERICA

La riproduzione batterica è una riproduzione asessuata che avviene generalmente per

scissione binaria; è un processo relativamente semplice per cui da una cellula madre si

formano due cellule figlie uguali tra loro. Il processo ha inizio quando il cromosoma

batterico, unica molecola di DNA circolare presente nella cellula, viene duplicato a

partire da due punti della membrana cellulare detti “centri di polimerizzazione”. Questi

sono formati da enzimi come la DNA-polimerasi, l’endonucleasi e così via che aprono

la doppia elica e sintetizzano il nuovo filamento. Contemporaneamente si verifica

l’ingrossamento della cellula madre; la parete cellulare a mano a mano si allunga e i

due cromosomi batterici si allontanano sempre più. A questo punto si forma un setto

trasverso di membrana citoplasmatica che divide i materiali citoplasmatici e completa

la divisione. In adatte condizioni ambientali il processo ha una durata di 10-20 minuti.

METABOLISMO BATTERICO

Il termine “metabolismo” indica l’insieme delle trasformazioni chimiche che si

svolgono nella cellula. In particolare l’anabolismo comprende le reazioni di sintesi dei

costituenti tramite l’utilizzo di energia mentre il catabolismo comprende le reazioni di

demolizione dei composti in cui si produce energia.

La moltiplicazione e la crescita batterica sono influenzate dalla natura dell’ambiente

che circonda i microrganismi. Le variabili più importanti sono:

ossigeno

• nutrienti -> carbonio, azoto, fosforo, zolfo e ioni metallici (per esempio ferro)

• pH ottimale -> molti batteri si moltiplicano ad un pH compreso tra 4 e 9 e sono

• quindi detti neutrofili, ma esistono anche batteri alcalofili e acidofili

temperatura ottimale

In base alle richieste nutrizionali necessarie per la crescita i batteri possono essere

distinti in:

autotrofi: utilizzano come fonte di energia per la crescita la luce o le sostanze

• inorganiche. Sono batteri con esigenze nutrizionali minime e in grado di svolgere in

maniera autonoma i processi di sintesi

eterotrofi: utilizzano come fonte di energia per la crescita la luce o le sostanze

• organiche. Sono batteri che presentano notevoli esigenze nutrizionali, in quanto

hanno necessità di nutrienti organici preformati

In base alla loro capacità di svolgere i processi catabolici necessari per la produzione

di ATP, i batteri si distinguono in aerobi e anaerobi, facoltativi e obbligati.

i batteri aerobi obbligati possono crescere solo in presenza di aria e utilizzano

• l’ossigeno come accettore finale dell’idrogeno

i batteri anaerobi obbligati cresceono solo in assenza di ossigeno ed utilizzano

• processi respiratori anaerobi o fermentativi

i batteri aerobi o anaerobi facoltativi possono crescere sia in presenza che in

• assenza di ossigeno. Utilizzano la respirazione quando l’ossigeno è presente e la

fermentazione quando è assente.

i microaerofili sono batteri che presentano crescita ottimale in aria con bassa

• concentrazione di O e alta concentrazione di CO

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La crescita dei microrganismi può essere rappresentata da un grafico, che prende il

nome di curva di crescita, valido per quasi tutte le specie batteriche (ad eccezione

del micobatterio tubercolare). In ascissa viene posto il tempo di incubazione e in

ordinata il logaritmo del numero di cellule batteriche vive presenti nella coltura

incubata. Si distinguono così una serie di fasi sequenziali:

fase di latenza: i microrganismi posti in coltura non si moltiplicano ma si adattano

• al nuovo ambiente e ai principi nutritivi presenti nel terreno

fase di crescita esponenziale: i batteri crescono e si dividono; il tempo di

• duplicazione è tipico del ceppo batterico. In questa fase quasi tutti i batteri sono vivi

e il loro numero incrementa progressivamente

fase stazionaria: corrisponde al momento in cui cominciano ad accumularsi

• sostanze di rifiuto e a diminuire le sostanze nutritive. I batteri cessano quindi di

crescere e il numero delle cellule ancora in moltiplicazione è bilanciato da quelle

che iniziano a morire (il numero totale rimane costante)

fase di mortalità accelerata: il numero delle cellule che muoiono è maggiore di

• quello ancora in moltiplicazione e il numero totale dei batteri comincia a decrescere.

Questa fase è dovuta al completo esaurimento delle sostanze nutritive e l’aumento

di sostanze tossiche

fase di mortalità logaritmica: quasi tutte le cellule muoiono e il numero di batteri

• tende a 0

Alcune cellule possono però sopravvivere per un tempo che varia da specie a specie.

T ERRENI DI COLTURA

I terreni di coltura sono substrati forniti di sostanze nutritive che permettono la

crescita di batteri in laboratorio. In particolare vengono utilizzati per l’isolamento, il

mantenimento o l’identificazione delle colture batteriche. In base allo stato fisico,

possono essere distinti in:

terreni liquidi: utilizzati per la riproduzione di colture pure

• terreni solidi: utilizzati per l’isolamento di colture pure, la valutazione di batteri

• vitali ecc.

è possibile far solidificare un terreno liquido utilizzando l’agar, un idrocolloide estratto

dalle alghe rosse, che non risulta tossico per i batteri e non viene da questi

metabolizzato. Caratteristica dell’agar è quella di solidificare a 40°C e liquefarsi a

temperature superiori.

In base alla composizione possono inoltre essere classificati in:

terreni definiti: sono terreni di cui si conosce l’esatta composizione chimica. Sono

• terreni minimi se forniscono solo gli esatti nutrienti necessari al microrganismo di

interesse per crescere

terreni complessi (non definiti): terreni di cui non si conosce l’esatta

• composizione chimica poiché contengono materiali complessi di origine biologica

come sangue, latte, estratto di lievito o di carne. Forniscono tutti i fattori di crescita

necessari per la maggior parte dei microrganismi

Infine in base alla funzione, è possibile distinguere tra:

terreni di arricchimento: sono terreni di base a cui vengono aggiunti altri

• materiali in base alle esigenze nutritive del batterio che si vuole coltivare. In questo

modo la specie microbica di interesse cresce in un tempo molto più breve rispetto

alle altre specie microbiche

terreni selettivi: contengono sostanze batteriostatiche (sali biliari, NaCl ecc.) a

• concentrazione nota che inibiscono o rallentano lo sviluppo di molte specie

microbiche, fatta eccezione per quella che si vuole coltivare. Vengono quindi

utilizzati per l’isolamento di specifici microrganismi da campioni altamente

contaminati

terreni differenziali: contengono sostanze o indicatori in grado di rilevare

• specifiche reazioni biochimiche che si verificano nel terreno in seguito alla crescita

della specie batterica di interesse. Vengono quindi utilizzati per l’identificazione di

specifici microrganismi

SPORE BATTERICHE

In condizioni ambientali sfavorevoli i batteri possono formare strutture di resistenza,

ossia corpuscoli di forma rotondeggiante o ovoidale, dette endospore. Tutte le specie

sporigene tranne qualche rara eccezione hanno forma bastoncellare e vengono quindi

denominate genericamente “bacilli” (comprendono bacilli e clostridi).

Le spore sono cellule altamente differenziate, inerti dal punto di vista metabolico ed

enzimatico e con uno scarso o ridotto consumo di ossigeno. Sono inoltre caratterizzate

da un basso contenuto d’acqua e una parete scarsamente permeabile da cui deriva la

resistenza agli agenti chimici e fisici. La loro funzione principale è quella di proteggere

il DNA genomico da temperature estreme, disidratazione, mancanza di nutrienti e

quindi garantire la sopravvivenza della specie in ambienti avversi. Possono essere

disperse facilmente tramite vento o acqua e rimanere vitali anche per molto tempo.

La spora è formata da una parte centrale (core) costituita dal citoplasma (contenente

proteine, copia del cromosoma ecc.) circondato dalla membrana plasmatica,

circondata a sua volta da una parete cellulare rudimentale provvista di peptidoglicano.

Il core della spora è circondato dalla corteccia, che costituisce gran parte del volume

della spora e ne garantisce la resistenza. La corteccia è formata da peptidoglicano e

da acido dipicolinico, a cui è legata una grande quantità di calcio. L’acido dipicolinico,

che è assente nelle cellule vegetative, ha la funzione di legare l’acqua libera (la

disidratazione aumenta la resistenza al calore della spora). Esternamente alla

corteccia vi sono due rivestimenti simil-cheratinici, uno interno e uno esterno, che nel

complesso formano il coat o rivestimento proteico esterno. Ancora più esternamente è

presente l’esosporio, che ha una composizione fosfolipoproteica simile alla

membrana citoplasmatica.

Il processo di trasformazione di una cellula batterica allo stato vegetativo in una spora

viene detto sporogenesi e avviene in 6-8 ore. Il processo comincia con la

duplicazione del cromosoma batterico; il nuovo cromosoma migra verso una delle

estremità della cellula e viene separato dalla restante parte cellulare tramite un setto

di membrana plasmatica. Questa formazione iniziale prende il nome di prespora. Su

di essa vengono apposte man mano le membrane di rivestimento; la spora completa

dei suoi involucri viene ricoperta infine di esosporio e liberata nell’ambiente (spora

libera) per autolisi dello sporangio (struttura cellulare residua).

La trasformazione delle spore in cellule allo stato vegetativo viene detto

“germinazione”, dura circa 90 minuti e si verifica se le condizioni ambientali tornano

a essere ottimali per la cellula. In particolare la concentrazione di acqua e nutrienti

attiva la spora e ne rende permeabili gli involucri. Vengono infatti attivati gli enzimi

litici della parte centrale della spora che, dopo l’eliminazione di acido dipicolinico e di

calcio, distruggono la corteccia. La cellula assume quindi acqua e ioni e riprendono le

più importanti funzioni metaboliche.

P ATOGENICITÀ DEI BATTERI

Per patogenicità si intende la capacità di un microrganismo di determinare la

comparsa di una malattia nell’ospite. Le due componenti principali della patogenicità

sono:

la virulenza, che misura il grado di patogenicità del microrganismo ovvero la

• maggiore o minore attitudine a determinare una malattia (generalmente in

relazione alla dose)

l’invasività, la capacità di penetrare, colonizzare e diffondersi nell’organismo

Il primo stadio dell’infezione batterica è rappresentato appunto dalla penetrazione

del microrganismo nell’organismo ospite. Le principali vie di ingresso sono

rappresentate da discontinuità della cute e delle mucose, dalle vie respiratorie, dal

tratto gastrointestinale e da quello urogenitale. in genere questo processo avviene per

superamento o elusione della difese immunitarie dell’ospite.


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DESCRIZIONE APPUNTO

Gli appunti contengono al loro interno cenni generali sui batteri, in particolare relativamente a: struttura interna ed esterna della cellula batterica, riproduzione e metabolismo (con differenza tra autotrofi ed eterotrofi, aerobi e anaerobi), principali terreni di coltura utilizzati in laboratorio, spore batteriche, patogenicità e fasi dell'infezione batterica, tossine (esotossine ed endotossine).


DETTAGLI
Esame: Microbiologia
Corso di laurea: Corso di laurea in logopedia
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher minni.1221 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microbiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Trancassini Maria.

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