I batteri: cenni generali

Batteri

I batteri sono microrganismi unicellulari e sono considerati come le forme di vita più piccole, più semplici e maggiormente diffuse in natura. Hanno un'organizzazione cellulare procariotica. Dal punto di vista strutturale possono assumere tre forme principali: sferica, cilindrica e ricurva. La forma è un carattere che si trasmette geneticamente alle cellule figlie e può essere persa in condizioni ambientali sfavorevoli.

Forme dei batteri

I batteri di forma sferica prendono il nome di cocchi e nel riprodursi possono assumere particolari disposizioni nello spazio:

• Diplococchi: a coppia
• Streptococchi: i cocchi si moltiplicano in una sola direzione e rimangono uniti a formare catenelle di lunghezza variabile
• Stafilococchi: i cocchi si moltiplicano disordinatamente e formano una sorta di grappolo

I batteri di forma cilindrica sono detti di forma bastoncellare e nel loro complesso prendono il nome di bacilli. Possono avere lunghezza variabile ed essere anche molto corti fino ad assumere lunghezze simili allo spessore e assomigliare così a dei cocchi (coccobacilli). In realtà a questo tipo di microrganismi sono state date tre diverse denominazioni:

• Batteri: se non hanno strutture di resistenza (dette endospore) nei confronti di un ambiente avverso
• Bacilli: se possono formare endospore e hanno un metabolismo aerobio
• Clostridi: se possono formare endospore e hanno un metabolismo anaerobio

Infine, i batteri possono avere una forma ricurva con più o meno spire:

• Vibrioni, se hanno una sola curvatura (es. Vibrio cholerae)
• Spirilli, se hanno due o più spire lasse (es. Treponema pallidum)
• Spirochete, se le spirali sono molto ravvicinate tra loro (es. Leptospira)

Struttura della cellula batterica

La cellula batterica è caratterizzata da un'organizzazione relativamente semplice, dimensioni piccole e dall'assenza nel citoplasma di compartimenti intracellulari separati da membrane, per cui mancano tutte quelle strutture caratteristiche della cellula eucariotica. In generale, il materiale genetico è immerso direttamente nel citoplasma senza frapposizione di una membrana nucleare; il citoplasma è delimitato all'esterno da una membrana citoplasmatica e l'insieme è racchiuso da una parete cellulare, un contenitore rigido sulla cui superficie esterna può essere presente uno strato polisaccaridico detto capsula. Alcuni batteri possono poi avere appendici come i flagelli per il movimento e le fimbrie o pili per l'adesione e lo scambio di materiali.

Il maggior costituente della cellula batterica è l'acqua, che rappresenta circa l'80% del peso totale; in essa sono disciolte e disperse le varie componenti organiche e inorganiche. Fra le molecole inorganiche vi sono ad esempio il sodio, il potassio, il magnesio, il calcio, il ferro mentre tra le macromolecole organiche si hanno proteine, zuccheri, lipidi e acidi nucleici come in tutte le altre cellule.

Parete cellulare

La parete cellulare è una struttura rigida e permeabile, che circonda all'esterno la cellula batterica e ne determina la forma. Inoltre, protegge il batterio dalla lisi per osmosi, ha capacità tintoriali, è sensibile ad agenti chimici e fisici ed è il sito di azione di numerosi antibiotici. La struttura è complessa e presenta differenze importanti a seconda che i batteri siano Gram-positivi o Gram-negativi. A determinare questa distinzione è proprio la diversa permeabilità della parete cellulare ai coloranti utilizzati.

Per ottenere una migliore definizione morfologica e strutturale, è possibile colorare i batteri con varie metodiche. Si distinguono colorazioni semplici e differenziali. Le colorazioni semplici si eseguono esponendo il preparato batterico a un unico colorante in un solo tempo. Nelle colorazioni differenziali, invece, i preparati batterici vengono esposti a coloranti diversi in tempi successivi in modo da differenziare le specie batteriche e le eventuali strutture cellulari specifiche. Una delle più diffuse colorazioni differenziali per i batteri è la colorazione di Gram, che permette di suddividere i batteri in due gruppi principali: Gram-positivi, che appaiono di colore violetto al microscopio ottico, e Gram-negativi, che appaiono di colore rosso.

La parete cellulare dei batteri Gram-positivi è costituita da un unico strato omogeneo di peptidoglicano. Si tratta di un polimero formato dalla ripetizione di un'unità fondamentale costituita da due carboidrati azotati legati tra loro, l'N-acetilglucosamina e l'acido N-acetilmuramico. Sono inoltre presenti acidi tecoici, a composizione variabile, che sono altamente antigenici e hanno funzione di ancoraggio alla parete cellulare. Agli acidi tecoici possono poi legarsi monosaccaridi e aminoacidi. Per queste sue caratteristiche la parete è permeabile alle molecole idrofiliche e impermeabile a quelle idrofobiche. Inoltre, è in grado di legare notevoli quantità di cationi motivo per cui i Gram-positivi crescono anche in presenza di concentrazioni saline elevate.

La parete cellulare dei batteri Gram-negativi ha invece una struttura più complessa. È infatti costituita da uno strato sottile di peptidoglicano, che mantiene la forma del batterio e ne controlla il bilancio idrico, circondato da una struttura addizionale, la membrana esterna. La membrana esterna ha una struttura bilaminare e i suoi principali costituenti sono i lipopolisaccaridi (LPS), molecole formate da lipidi e carboidrati, costituite da tre parti:

• Una parte lipidica di ancoraggio detta lipide A
• Una parte polisaccaridica costante che forma il core della molecola
• Una parte polisaccaridica, variabile nella composizione degli zuccheri, con proprietà antigeniche (in grado di stimolare nell'ospite una risposta immunitaria)

Lo spazio compreso tra la membrana esterna e la membrana citoplasmatica prende il nome di spazio periplasmico. La sua funzione è quella di racchiudere e contenere in uno spazio delimitato attorno al citoplasma sia il peptidoglicano aderente alla membrana esterna sia un gel di molecole proteiche con varie funzioni:

• Proteine che legano molecole idrofile a basso peso molecolare e favoriscono la diffusione passiva
• Enzimi in grado di degradare le grosse molecole introdotte attraverso il trasporto attivo
• Enzimi detossificanti che inattivano alcuni farmaci

Questo garantisce ai batteri Gram-negativi un'economia di gestione rispetto ai Gram-positivi che invece devono produrre grandi quantità di enzimi con funzioni analoghe.

Membrana citoplasmatica e citoplasma

Al di sotto della parete cellulare vi è poi la membrana citoplasmatica, una struttura a mosaico fluido formata da un doppio strato di fosfolipidi. La sua funzione più importante è quella di controllo degli scambi metabolici.