I batteri: cenni generali

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.

Alcuni batteri attuano quindi il processo di adesione. Per adesività si intende la

capacità di alcune cellule di legarsi a specifici recettori presenti sulle cellule bersaglio

dell’organismo ospite (ad esempio gli epiteli mucosi). Le strutture batteriche

responsabili di questi fenomeni vengono dette nel loro insieme adesine e le fimbrie

ne sono un esempio. I batteri sprovvisti di fimbrie utilizzano in genere la componente

polisaccaridica della parete batterica. L’adesività determina un aumento della

virulenza poiché impedisce alle cellule batteriche di essere portate via dai liquidi

organici o dal muco, come avviene nel tratto gastrointestinale e urinario.

Alla penetrazione e all