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Introduzione allo studio dei microrganismi, Microbiologia

INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA

• Grandezze e misure
• Origine della vita sulla terra
• I campi di studio della microbiologia

I PROCARIOTI E LE CARATTERISTICHE DEI MICRORGANISMI

• Differenze tra una cellula eucariota e una cellula procariote
• Caratteristiche dei microrganismi: grandezza
• Caratteristiche dei microrganismi: forma
• Unione... Vedi di più

Esame di Microbiolologia generale e applicata docente Prof. D. Nicolosi

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Unione tra batteri: stati di aggregazione

I batteri difficilmente si trovano da soli, difatti possiamo elencare determinati stati di aggregazione in base

a come i batteri si uniscono tra di loro e soprattutto evidenziando la forma particolare che assumono.

I Cocchi

Per quanto riguarda i cocchi:

 Quando si formano dei mucchetti disordinati, essi vengono chiamati stafilococchi

 Quando si formano delle lunghe catene ordinate, questi vengono chiamati streptococchi (strepto dal

greco vuol dire proprio collana)

 Quando si accoppiano a due a due, essi vengono chiamati diplococchi e possono essere di due tipi:

 A chicco di caffè, quando si evidenzia una parte esterna arrotondata

 A punta di lancia, quando si evidenzia una parte esterna appiattita

La maggior parte dei cocchi sono gram positivi, anche se fanno eccezione i batteri che si dispongono a

chicco di caffè, che sono gram negativi.

I Bacilli

Per quanto riguarda i bacilli:

 Si chiamano streptobacilli, quando formano lunghe catene ordinate

 Si chiamano a palizzata, quando si dispongono l’uno di fianco all’altro. Tale disposizione viene

anche chiamata disposizione a mozzetto di sigari.

 Si chiamano a lettere cinesi, quando hanno una disposizione puramente casuale e disordinata.

I micoplasmi, dei particolari batteri, non avendo la parte cellulare, hanno la particolarità di assumere

qualsiasi forma vogliono. Si parla dunque di pleomorfismo dei micoplasmi.

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STRUTTURE CARATTERISTICHE

Esistono delle strutture essenziali e fondamentali per la cellula procariote, talmente importante da

deciderne anche l’esistenza. Altre strutture invece, sono considerate facoltative poiché alcuni batteri

possono averle, altre no, non compromettendo l’esistenza del procariota.

Essenziali Facoltative

NUCLEOIDE (1) CAPSULA E GLICOCALICE (6)

CITOPLASMA (2) FLAGELLO (7)

MEMBRANA CITOPLASMATICA (3) FIMBRIE (8)

PARETE CELLULARE (4)

MEMBRANA ESTERNA (5)

STRUTTURE ESSENZIALI

1. Nucleoide

Formato dal cromosoma circolare del batterio che si dispone generalmente al centro della cellula

procariota. Si chiama nucleoide pochè assomiglia al nucleo ma è sprovvisto di membrana.

Inoltre vi è un piccolissimo filamento del DNA che viene chiamato Plasmidio, ed è una parte del

materiale genetico indipendente dal cromosoma e può essere trasmesso non solo ad altre cellule

figlie quando la madre si divide, ma può essere trasmesso anche per via orizzontale, cioè da una

cellula ad un’altra con caratteristiche simili.

Sul cromosoma sono presenti le informazioni fondamentali del batterio, sui plasmidi si trovano

invece delle informazioni accessorie e dove molto spesso viene codificata la resistenza agli

antibiotici. Difatti, i batteri con caratteristiche simili, trasmettendosi il plasmidio, possono

trasmettersi di conseguenza la resistenza agli antibiotici.

Il cromosoma è molto grande rispetto al batterio. Quando il cromosoma è in un avvolgimento

disordinato, arriva a misurare anche 10 micron. I batteri dunque prendono tale cromosoma e

cominciano a ordinarlo e ad avvolgerlo formando strutture con estroflessioni ad ansa, che riducono

notevolmente le dimensioni del cromosoma, passando da 10 a 2 micron. Ma ancora non è

sufficiente: quindi il batterio continua a super avvolgere le anse finché il cromosoma non diventa

così piccolo da riuscire ad entrare nel batterio. Tale lavoro è svolto da un particolare enzima,

chiamato DNA girasi.

2. Citoplasma.

Nel citoplasma vediamo il materiale genetico disciolto dove sono presenti molte sostanze tra cui

amido e ribosomi. I ribosomi sono simili sia nei procarioti che negli eucarioti: sono costituiti da due

sub unità, di grandezze diverse a seconda della cellula, 50 S e 30 S nei procarioti e 60S e 40S negli

eucarioti. Tali sub unità si associando e diventano di 70S nei procarioti e 80S negli eucarioti. La S

sta per “velocità di sedimentazione” della sub unità e tale differenza è fondamentale per alcuni

antibiotici.

3. Membrana citoplasmatica

La membrana citoplasmatica è simile a quella degli eucarioti, costituita da un doppio strato

fosfolipidico con le teste polari verso l’esterno o verso il citoplasma e le code idrofobe che si

fronteggiano all’interno. La vera differenza tra la membrana degli eucarioti e la membrana dei

procarioti sta nel fatto che nei batteri ci sono intercalate numerose proteine, chiamate di trans-

membrana, che presentano varie funzioni:

 Ritenzione del contenuto cellulare, ovvero del citoplasma

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 Barriera osmotica

 Funzione impermeabile

 Sito di attività metabolica. Ogni proteina che finisce con –asi ha funzione enzimatica:

 Permeasi = permettono il trasporto di sostanze nutrienti dall’esterno verso

l’interno della cellula e facilitano il trasporto dall’interno verso l’esterno delle

sostanze di scarto.

 Enzimi biosintetici = si occupano di sintetizzare delle parti fondamentali del

batterio.

 Proteine respiratorie = sono infilate dentro la membrana citoplasmatica che si

occupano della produzione di ATP.

 Secerne enzimi extracellulari, cioè dall’interno all’esterno del batterio. Tra queste sono

importantissime le PBP (PENICILLIM BLINDING PROTEINS)

4. Parete cellulare

La parete cellulare nei batteri è fondamentale per le sue svariate funzioni:

 Protezione meccanica nei confronti degli agenti esterni

 Conferisce la forma al batterio

 Serve per il trasporto di sostanze

 Ha funzione antigenica, ovvero che la parete cellulare viene riconosciuta dal sistema

immunitario dell’ospite, stimolando la produzione di anticorpi contro la parete cellulare.

 Responsabile della colorazione del gram

La parete cellulare è costituita da tanti mattoncini che costituiscono l’unità fondamentale. Tale

unità è costituita da due amminozuccheri (n acetil muramico o n acetil glutamico e n acetil

glucosammina) legati da un legame 1.6 beta glucosidico. Tali amminozuccheri sono legati a una

catena polipeptidica di 5 amminoacidi. Si viene poi a creare un fondamentale legame, chiamato

legame crociato, che prevede l’unione del quarto elemento di una catena con il terzo elemento di

un’altra catena. Dunque al peptidoglicano si legano:

 Due amminozuccheri con altri amminozuccheri

 Le catene si legano con i legami crociati

 Si forma la parete batterica che viene saldata dai PBP

Per quanto riguarda la catena è tetra peptidica:

 Il terzo amminoacido deve avere sempre due gruppi amminici che servono per il legame

crociato.

 Gli ultimi due amminoacidi sono sempre dialanina

 Il quinto amminoacido è messo tra parentesi perché inizialmente il batterio sintetizza nel

citoplasma i cinque mattoncini anche se gliene servono quattro.

La parete si deve formare fuori dal citoplasma, dunque i mattoncini devono essere portati all’esterno.

A spostarli ci pensa un alcol chiamato bactoprenolo (tutti i nomi che finiscono per –olo sono degli

alcoli). Dopo essere passati all’esterno, i mattoncini vengono assemblati e si formano i legami

crociati. Nei gram positivi tale maglia è formata da 50 strati di peptidoglicano, nei gram negativi

invece, il peptidoglicano è formano solo da due massimo tre strati. Inoltre, nei gram positivi tutti i

legami crociati sono saturati, nei gram negativi alcuni legami non vengono fatti, il che significa che il

gram positivi hanno una parete molto spessa e una maglia molto fitta, i gram negativi avranno una

parete poco spessa e con maglie molto larghe.

L’energia indispensabile per tali legami viene fornita dal quinto amminoacido, che viene staccato

liberando l’energia utilizzata prima per attaccarlo e successivamente utile per formare i legami

crociati.

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[Inizialmente il batterio forma una catena di cinque amminoacidi. Nel citoplasma la catena è

sintetizzata con cinque amminoacidi, spendendo una certa quantità di energia. Quando l’unità o il

mattoncino viene buttato fuori verso l’esterno, serve energia per assemblare la parete. Tale energia

viene fornita dallo stacco di cinque amminoacidi della catena, liberando energia che serve per i legami

crociati.]

Il processo è aiutato dalle PBP (PENICILLIM BLINDING PROTEINS), degli enzimi a doppia

testa, con funzioni diversa a seconda del lato. Quando si forma la parete lavorano le PBP 1,2 e 3 che

legano i due amminozuccheri e formano il legame beta glucosidico tra i due dimeri. Successivamente

entra in gioco la PBP 4 che rilascia l’ultimo amminoacido della catena peptidica. Ritornano in

funzione le PBP 1,2 e 3 dall’altro lato della testa con funzione di trans peptidasi, formando il legame

crociato tra le catene beta peptidiche. Dunque la parete viene assemblata dalle PBP. Ci sono poi delle

PBP con funzione di endopeptidasi, ovvero che invece di formarlo devono scindere il legame crociato

(e ciò soprattutto avviene durante la divisione cellulare). Altri enzimi, le autolesine, intervengono

quando la parete è vecchia e di conseguenza la degradano.

Colorazione di Gram

I batteri vengono suddivisi in gram negativi e gram positivi. La colorazione in laboratorio si esegue

con molta semplicità poiché molto facile:

1) Si prende un vetrino e su di esso si dispone il campione da esaminare

2) Si prende il primo colorante che solitamente è il cristalvioletto, della serie del trifenilmetano.

Si lascia agire per un minuto e si risciacqua.

3) I batteri, dopo un minuto sono tutti colorati di viola.

4) Si mette una soluzione iodoiodurata sul vetrino e si lascia agire per un altro minuto. Tale

soluzione, insieme al cristalvioletto, forma un complesso di dimensioni molto grandi. Tale

complesso si forma all’interno della parete cellulare. Si risciacqua nuovamente il complesso e

si nota che ancora tutti i batteri sono colorati in viola.

5) Avviene la decolorazione per mezzo di un decolorante, l’alcol o preferibilmente l’acetone.

Succede che la parete dei gram positivi rimane viola, mentre i gram negativi si decolorano e

diventano invisibili.

6) Semplicemente per contrasto e giusto per colorarli e renderli evidenti, i gram negativi

vengono colorati con la safranina, che da il caratteristico colore rosso.

Da tale colorazione si evidenzia che la maggior parte dei cocchi sono gram positivi e la maggior parte

dei bacilli sono gram negativi. La parete cellulare, fatta per tutti i batteri da peptidoglicano, presenta

delle caratteristiche, differenti a seconda che si tratti di gram positivi o gram negativi. In particolare,

nei gram positivi, la parete cellulare presenta intercalata delle strutture chiamate acidi teicoici o acidi

lipoteicoici, molto più lunghi dei teicoici che riescono anche ad arrivare fino alla membrana cellulare,

collegando la parete cellulare con la membrana.

Gli acidi teicoici:

 Sono dei polisaccaridi acidi

 Sono costituiti da glicerolo-fosfato o da ribotalo-fosfato.

 Sono legati covalentemente al peptidoglicano.

 Fungono da antigeni di superficie. Quando il batterio si trova all’interno dell’ospite, gli acidi

teicoici stimolano la produzione di anticorpi da parte dell’ospite, poiché vengono riconosciuti

come sostanze estranee.

 Influiscono su passaggio di ioni attraverso la parete, perche sono carichi e possono far

passare o meno dei composti

 Forniscono ulteriore stabilità alla parete cellulare.

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5. Membrana esterna

La membrana esterna è tipica dei gram negativi che, avendo una parete cellulare molto sottile,

hanno bisogno di un’ulteriore membrana. La membrana esterna è assolutamente uguale alla

membrana citoplasmatica e di conseguenza uguale a tutte le membrane. Una caratteristica di tale

membrana è che presenta delle proteine canale chiamate porine e dei lipopolisaccaridi intercalati in

essa. Tra il peptidoglicano e la membrana esterna esiste una piccola zona detta spazio citoplasmico

in cui si trovano le beta lattamasi, enzimi prodotti dai batteri stessi, che hanno la capacità di

rompere gli antibiotici betalattamici, producendo le betalattamasi.

La membrana esterna inoltre protegge i batteri evitando la fagocitosi, l’azione del complemento e

costituisce un’ulteriore barriera di permeabilità (con le proteine canale, le porine, che determinano il

passaggio di sostanze nutrienti ma spesso ostacolano il passaggio di sostanze nocive tra cui gli

antibiotici).

Il lipopolisaccaride è una peculiarità dei gram negativi e ha funzione antigenica, ovvero che viene

riconosciuto come sostanza estranea dalle difese dell’ospite, che produce gli anticorpi. Il

lipopolisaccaride, fatto da varie porzioni, comprende il lipide A che ha effetto tossico, anche

sull’uomo, e soprattutto non trascurabile. Ha effetti molto gravi, cominciando da febbre alta, poi si

arriva alla formazione di numerosi trombi nei vasi sanguigni fino ad arrivare all’ipotensione, lo

shock e infine la morte. Quando l’antibiotico cerca di uccidere il batterio, fa altrettanto danno

rispetto al batterio vivo che comunque avrebbe portato dei problemi.

Se si confrontano i batteri gram positivi con i batteri gram negativi si nota subito che dall’esterno i

gram positivi hanno una parete più liscia, mentre la membrana dei gram negativi appare più rugosa.

Strutture Facoltative

Capsula o glicocalice

6. Fondamentalmente, capsula e glicocalice sono la stessa cosa, ovvero che costituiscono uno strato

mucoso che il batterio produce attorno a sé. La capsula però è molto più compatta rispetto al

glicocalice, che è un po’ più largo. La capsula è formata da polisaccaridi semplici (glucosio,

galattosio,fruttosio.. ) prodotti dal batterio stesso. Avendo una funzione protettiva, la capsula isola

il batterio dall’ambiente esterno. Il glicocalice in particolare aiuta il batterio ad attaccarsi sulle

superfici sia biologiche ma soprattutto inanimate (colonizzando superfici dei cateteri, protesi ecc).

Inoltre, sia capsula che glicocalice interferiscono con la funzione dei fagociti. Il sistema immunitario

riesce a fagocitare ugualmente i batteri, ma quando è presente la capsula, loro non vengono

totalmente distrutti all’interno del fagocita, ma rimangono vivi e si spostano in altri punti per far si

che l’infezione venga disseminata.

Proprio perché ha una consistenza gelatinosa, la capsula conferisce resistenza al batterio anche ad

elevate temperature (proprietà igroscopiche). Anch’essa ha proprietà antigeniche, ovvero che

stimola la produzione di anticorpi nell’ospite. La capsula non si colora poiché è essenzialmente

acqua e rispetto, al glicocalice, è più compatta.

7. Flagelli

Quando i batteri non hanno flagelli, essi vengono chiamati “batteri immobili”. Quando hanno i

flagelli, invece, i batteri riescono a spostarsi. In base alla presenza dei flagelli, i batteri possono

essere:

 Monotrichi, quando presentano un solo flagello a una sola estremità

 Anfitrichi, quando presentano dei ciuffetti a entrambe le estremità

 Lofotrici, quando presentano un solo ciuffo a una sola estremità

 Peritrichi, quando presentano flagelli sparsi in tutta la cellula. Per muoversi i peritrichi

aggrovigliano i flagelli tutti da una parte, in base alla direzione in cui vogliono andare.

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Chimicamente i flagelli sono costituiti da una proteina che si chiama flagellino, che costituisce un

antigene, cioè che i flagelli vengono riconosciuti dalle difese immunitarie dell’ospite e stimolano la

produzione di anticorpi. I flagelli all’interno sono cavi, ed è il passaggio di elettroni che fa avvenire

il movimento.

Il proteus mirabilis, grazie ai tanti flagelli che possiede, su un terreno di coltura, produce delle

onde: tale fenomeno viene chiamato scia maggio, poiché il batterio alterna dei momenti di

movimento a dei momenti di stasi, creando appunto le onde.

Anche le cellule eucariote hanno i flagelli, i quali presentano la stessa funzione: il movimento. Tali

cellule possono essere gli spermatozoi e le cellule che costituiscono la parte esterna dell’apparato

respiratorio, le quali posseggono delle ciglia che non servono precisamente per il movimento ma

per allontanare le sostanze estranee.

8. Fimbrie

Le fimbrie sono delle escrescenze più corte rispetto ai flagelli che hanno proprietà adesive. Sono

tutte costituite da una proteina adesiva detta pilina, che serve ai batteri per attaccarsi meglio alle

superfici. Una particolare fimbria è il pilo F, che serve a mettere in atto il processo di coniugazione.

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GENETICA BATTERICA

Il DNA è formato da un gruppo fosfato, che serve a formare il singolo filamento, uno zucchero, il 2-

desossiribosio, a 5 atomi, e delle basi azotate che si distinguono in puriniche e pirimidiniche. Le basi si

uniscono tra di loro in un modo ben preciso:

 L’adenina con la timina

 La citosina con la guanina

Il DNA presenta una struttura a doppia elica, non solo nelle cellule eucariote ma anche nei batteri, anche se

circolare e costituito da un unico cromosoma.

Il genoma complessivo del batterio è costituito da:

 Un cromosoma molto grande

 Plasmidi con pezzettini di cromosoma

Le Mutazioni batteriche

Anche il genoma batterico può andar incontro a mutazioni, cioè dei cambiamenti nella sequenza del DNA.

Le mutazioni possono essere:

 Spontanee = Quando si va a formare la copia del filamento principale e del filamento secondario,

può stabilirsi un errore che causa una mutazione spontanea. Tali mutazioni sono però rare poiché

molto spesso la cellula si accorge del danno, che viene subito riparato. La maggior parte delle volte

le mutazioni spontanee sono compatibili con la vita e solo in casi rarissimi sono letali.

 Indotte = a causa di agenti mutageni che possono essere:

 Agenti fisici (calore raggi UV ecc)

 Agenti chimici (agenti intercalanti, che si intersecano tra una base ed un’altra e quando la

cellula va a fare la copia del DNA non riconosce più l’originare, o agenti modificanti, che

modificano la struttura della base)

Le mutazioni, inoltre, possono essere:

 Puntiformi, quando interessano una sola base

 Non puntiformi, quando interessano più di una base, a volte intere sequenze

Nel caso delle mutazioni puntiformi, queste possono essere:

 Silenti, quando viene codificata una base nella sequenza del DNA, che comunque codifica per un

determinato amminoacido, che è lo stesso che tale base avrebbe codificato senza l’errore. Tale

mutazione dunque non comporta conseguenze.

 Missenso, dopo la mutazione puntiforme, il DNA ha una base sbagliata. Tale sequenza codifica un

amminoacido che forma una proteina che o non funziona bene o non funziona proprio.

 Nonsenso, dopo l’errore, la base sbagliata non riesce a codificare nessun amminoacido, di

conseguenza non si forma nessuna proteina.

La Ricombinazione

Anche il DNA dei batteri può andare incontro a ricombinazione. Per ricombinazione si intende lo scambio

di materiale genetico tra due molecole di DNA. Può avvenire:

 Tra sequenze omologhe (che codificano una stessa cosa), comportando solo una sostituzione

 Tra sequenze non omologhe (che codificano cose diverse), comportando invece una inserzione o

addirittura una delezione, facendo verificare diversi problemi.

Per quanto riguarda la ricombinazione tra sequenze omologhe, nei batteri il processo è unidirezionale,

ovvero che avviene sempre e solo in un verso tra una cellula donatrice e una cellula ricevente.

La ricombinazione può avvenire secondo i seguenti casi:

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 Trasformazione, partendo da un batterio morto in lisi, il suo genoma si frammenta e fuoriesce e

può trovare una cellula simile vicina, dove può attaccarsi tramite specifici recettori all’esterno, e per

una serie di circostanze, il genoma della cellula morta può venir introdotto all’interno della cellula

viva, andandosi a sostituire al genoma della cellula ricevente nella sequenza omologa.

 Trasduzione, si parte anche qui da una cellula morta con l’unica differenza che il genoma della

cellula donatrice viene trasportato da un batteriofago. I batteriofagi sono dei virus che infettano i

batteri. Il virus penetra all’interno, rilasciando il genoma virale nella cellula ospite. La cellula ospite

riproduce il genoma virale e si formano nuovi virus che si liberano. La cellula infettata dal virus

muore e quando ha riprodotto il DNA dei virus, può succedere che per sbaglio venga impacchettato

una parte del genoma della cellula. Quando andrà a infettare una’altra cellula, invece di rilasciare un

genoma propriamente virale, rilascerà il genoma della cellula precedente e questo si andrà a

intercalare nella sequenza omologa.

 Coniugazione. In questo caso la cellula donatrice è viva e in particolare tale ricombinazione

avviene nei batteri che hanno il particolare pilo F (f sta per fertilità) che agganciano, tramite

quest’ultimo, un’altra cellula, che diventerà la cellula ricevente. Il pilo F avvicina le due cellule: una

volta vicine si ha una momentanea fusione della parete e delle membrane e si mettono a contatto i

due citoplasmi. Il batterio generalmente tende a trasferire dei plasmidi, i pezzetti circolari di

cromosomi, conservandone anche una copia per sé e tramite il ponte di comunicazione trasferisce

una copia anche all’altra cellula. Il ponte si chiude e le due cellule rimangono vive, sia la cellula

donatrice che la cellula ricevente. La coniugazione è possibile anche tra cellule di specie diverse.

Quando i microbiologi capirono che ci poteva essere questo scambio, cominciarono a ipotizzare

varie tesi: ci si accorse che non tutte le cellule sono in grado di cominciare il processo di

coniugazione, ma lo sono solo certe cellule che vengono chiamate F+, perché contengono questo

particolare plasmide coniugativo che si chiama fattore F (f da fertilità). Le cellule batteriche che

possiedono il plasmide F sono delle cellule capaci di iniziare il processo di coniugazione.

Il plasmide F ha delle caratteristiche fondamentali, fra cui quella di riuscire a riprodursi da solo a

gran velocità. In alcuni casi il fattore F rimane plasmide e si trasferisce ad altre cellule sotto forma

di plasmide. Una volta che la cellula ricevente riceve il plasmide con il fattore F, anch’essa è

diventata una possibile donatrice.

In altri casi il fattore F non rimane sotto forma di plasmidio ma si intercala nel cromosoma

batterico, precisamente nel punto ORI C (un gene che costituisce l’origine da cui parte la

replicazione del cromosoma). Il fattore F si inserisce a cavallo dell’origine della replicazione, e così

si è integrato nel genoma. A questo punto ha perso la capacità di moltiplicarsi da solo e deve

seguire la replicazione del cromosoma. Tuttavia, esso ha sempre la tendenza a spostarsi nelle altre

cellule: il batterio che ha integrato il fattore F nel genoma viene chiamato HFR (High Frequency of

Recombination), e gli trasmette la tendenza a replicarsi più velocemente.

Avendo la tendenza ad andarsene, il Fattore F integrato, viene spezzato in due e la replicazione

inizia in senso orario. Al trasferimento del primo pezzetto del fattore F segue un pezzetto del

cromosoma batterico, ma non tutto (per trasferire un intero cromosoma sono necessari 90 minuti. Il

ponte di coniugazione, anche se abbastanza stabile, riesce a mantenersi per un tempo variabile e

quindi avviene solo il trasferimento di una piccola parte del fattore F e di una parte del cromosoma

batterico). La cellula ricevente rimane solo ricevente poiché non ha il fattore F completo e non può

diventare una cellula donatrice, però con in più un pezzo di cromosoma, che può andarsi a sostituire

in una sequenza omologa del cromosoma del ricevente. C’è stata una ricombinazione.

Il fattore F, intercalato nel DNA, può anche staccarsi:

 In forma completa (tutto il fattore F sotto forma di plasmidio),

 Solo una parte (fattore F difettivo che non serve e non è completo)

 Tutto il fattore F più qualche sequenza del DNA della cellula in cui si era intercalato e sostituirsi a

una sequenza omologa del ricevente. Avviene un’altra ricombinazione.

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METABOLISMO BATTERICO

Per metabolismo si intende l’insieme di tutte quelle reazioni che servono alla vita del batterio. Il

metabolismo si divide in:

 Anabolismo = con reazioni di sintesi di molecole complesse a partire da molecole più semplici

utilizzando e disperdendo energia, la quale deriva dalle reazioni cataboliche.

 Catabolismo = con reazioni di degradazione di molecole complesse con produzione di energia. A

differenza delle cellule eucariote, le reazioni cataboliche del batterio possono avvenire sia in

presenza di ossigeno che in assenza di ossigeno.

Tutte queste reazioni consistono in reazioni di ossidoriduzione, dove una molecola si ossida e una si riduce

con la presenza di un trasportatore di elettroni. Quando si parla delle reazioni cataboliche, si libera energia

che viene immagazzinata in una cellula molto complessa, chiamata ATP (adenosintrifosfato). Lo stoccaggio

dell’energia dell’ATP è comunque temporaneo, poiché ATP viene velocemente prodotta ma altrettanto

velocemente viene utilizzata, perché quasi sempre le reazioni anaboliche e cataboliche stanno in equilibrio.

Quando il batterio ha bisogno di spostare energia a lungo termine, vengono invece prodotti dei polimeri,

come il glicogeno, che al momento del bisogno vengono ossidati.

Nei batteri, i meccanismi per produrre ATP possono avvenire:

 In condizioni di aerobiosi, in presenza di ossigeno, e si parla di respirazione

 In condizioni di anaerobiosi, in assenza di ossigeno, e si parla di fermentazione

In entrambi i casi, una molecola di glucosio, tramite il meccanismo della glicolisi, viene scissa a formare due

molecole di acido piruvico e due molecole di ATP.

Respirazione

In presenza di ossigeno, il piruvato viene decarbossiliato in acetato che reagisce e si lega al coenzima A,

formando l’acetil-coenzima A, il quale viene veicolato verso il ciclo di Krebs (o ciclo degli acidi

tricarbossilici) e alla fine si producono 10 molecole di NADH, un trasportatore di elettroni che quando è

carico si indica con NAD+. L’ossigeno ossida il NADH con formazione di vari prodotti, ma con liberazione

di 30 molecole di ATP. Si aggiungono le due iniziali, più altre che si formano da altri processi, per un totale

di 38 molecole di ATP che si formano nel ciclo della respirazione.

Fermentazione

Per la fermentazione invece, in assenza di ossigeno, ogni ciclo produce una o al massimo due molecole di

ATP. Dunque la fermentazione ha una media nettamente inferiore in termini di produzione di energia, ma

viene comunque utilizzata dai batteri in casi di necessità. In condizioni di anaerobiosi, il piruvato può

essere:

 Ridotto ad acido lattico, ricaricando il NAD. Questo tipo particolare di fermentazione è chiamata

omolattica, tipica di alcune specie batteriche, in particolare dei lactobacilli e viene utilizzata

dall’uomo per produrre alimenti, quali lo yogurt.

 Decarbossilato formando acetaldeide o aldeide acetica, che viene arricchita da due atomi di

idrogeno e si forma un sottoprodotto, l’etanolo. Tale tipo di fermentazione viene chiamata

fermentazione alcolica ed è quella che utilizzano i batteri ma soprattutto i lieviti per la produzione

di alimenti, quali il vino, la birra e anche il pane, poiché in tutto ciò viene liberata anidride

carbonica.

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I batteri, per crescere hanno bisogno di:

 Energia

 Fonti di carbonio

 Condizioni favorevoli

Fonti di Carbonio

Per quanto riguarda le fonti di carbonio, i batteri si dividono in:

 Eterotrofi, che utilizzano solo il carbonio organico, che presenta, oltre al carbonio, anche

l’idrogeno. Tale carbonio proviene dalla degradazione di animali, piante o dal metabolismo di altri

microorganismi.

 Autotrofi, che utilizzano il carbonio inorganico, come ad esempio l’anidride carbonica che si trova

nell’aria.

I Nutrienti

I nutrienti che servono ai batteri, per convenzione, vengono divisi in:

 Macroelementi = come il carbonio, l’idrogeno, l’ossigeno, l’azoto, lo zolfo ecc. che servono al

batterio in maggiori quantità

 Microelementi = che servono al batterio in minori quantità ma sono comunque indispensabili per le

azioni enzimatiche della cellula.

Per avere i nutrienti necessari, un microrganismo può trovarli nell’ambiente o sintetizzarli da sé.

Quando vogliamo coltivare in laboratorio un batterio, che quasi sicuramente non riesce a trovare i nutrienti

necessari, questi devono essere forniti tramite i terreni di coltura, dei mezzi che artificialmente creano i

nutrienti al batterio per crescere in vitro.

I terreni di Coltura

Per convenzione, i terreni di coltura, vengono suddivisi:

 In base allo stato fisico :

 Terreni liquidi = vengono chiamati anche brodi, e si conservano in delle provette sterili.

Quando vengono aggiunti i batteri, essi si evidenziano con l’intorpidimento del terreno.

 Terreni solidi = fatti dagli stessi componenti dei terreni liquidi, con aggiunta di Agar, un

polisaccaride estratto dalle alghe che si solidificano a una temperatura inferiore ai 40°C e

diventa una sorta di gelatina. Sulla piastra di Vetri, il terreno si solidifica e quando si fa la

semina dei batteri, la crescita si evidenzia o con una patina omogenea o con le singole

colonie. Le colonie si misurano in CFU, le Unità Formanti Colonia.

 In base alla composizione chimica:

 Terreni minimi = abbiamo gli elementi essenziali (azoto, carbonio) come Sali inorganici.

 Terreni complessi = si hanno sempre gli elementi essenziali ma spesso vengono aggiunte

delle sostanze (sangue, lievito) che servono a fornire ai batteri degli ulteriori elementi per i

fattori di crescita. Un esempio di terreno minimo è il Muller Hinton, dove cresce qualsiasi

batterio senza esigenze particolari. L’agar sangue è un terreno complesso poiché viene

preparato con gli stessi elementi del Muller Hinton ma con aggiunta di sangue di cavallo,

per i batteri che hanno delle esigenze un po’ più raffinate.

 In base alla funzione:

 Terreni selettivi = che favoriscono la crescita di una determinata specie poiché nei terreni

selettivi sono aggiunte delle sostanze, come zuccheri, coloranti, Sali biliari, che esercitano

una pressione selettiva inibendo la crescita di alcuni batteri. Esempi di terreni selettivi sono

MSA e McConkey.

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 Terreni di arricchimento = generalmente liquidi che servono per far crescere in brodo dei

batteri che hanno delle esigenze particolari.

 Terreni differenziali = contengono dei particolari indicatori di colore che fanno in modo

che un batterio cresca di un determinato colore.

BEA

BILE ESCULINA AGAR. In questo terreno normalmente giallo, gli entelococchi crescono, e sono gli

agenti eziologici delle infezioni urinarie. In esso gli entelococchi sono i pochi che riescono a crescere per la

percentuale di bile (4%), e riescono a idrolizzare l’Esculina facendola diventare esculerina, che reagisce con

gli ioni ferro che si trovano nel terreno, formando un precipitato nero.

MSA

MANNITOLO SALE AGAR. Terreno selettivo per gli stafilococchi, sia per l’elevata presenza del

mannitolo, sia per la presenza del cloruro di sodio, che inibisce la crescita dei gram negativi. Sull’MSA è

possibile distinguere lo stafilococco aureus, che diventa giallo, dagli altri.

McConkey = terreno selettivo per i gram negativi.

Antonella Milazzo Pag. 17

DIVISIONE CELLULARE E STRATEGIE DI SOPRAVVIVENZA.

Quando ci sono le condizioni ambientali favorevoli (la disponibilità dei nutrienti, la temperatura adeguata, e

un’adeguata umidità), le cellule batteriche si dividono. Dapprima iniziano ad accrescere il cromosoma e si

ingrandiscono di forma con l’accrescimento del citoplasma; successivamente duplicano il cromosoma e gli

organuli: i due cromosomi formati cominciano a migrare verso i due poli della cellula e come ultimo

passaggio si forma il setto di separazione: le due cellule vengono separate in due unità assolutamente

indipendenti tra di loro.

Tutta la durata di questo processo viene definita tempo di duplicazione, che è estremamente variabile in

base alla specie: si va da 20 minuti fino a 12-13 ore. Il tempo di duplicazione può essere suddiviso in tre fasi:

 Fase iniziale = la cellula comincia a sintetizzare costituenti necessari, enzimi e in particolare gli

enzimi del complesso di replicazione, che vanno ad interagire con ORI C (origine della replicazione

del cromosoma). A un certo punto, si raggiunge una massa sufficiente di citoplasma, i costituenti

sono stati moltiplicati e quindi si dice che si è raggiunta la massa di inizio.

 Fase intermedia = avviene la vera e propria replicazione del DNA. Una volta duplicato, comincia ad

allontanarsi verso i poli della cellula.

 Fase finale = avviene il completamento del processo di segregazione e si forma il setto che separa le

due cellule figlie.

La fase intermedia e la fase finale quasi sempre hanno una velocità costante in tutte le specie batteriche:

quella che varia il tempo di duplicazione è proprio la fase iniziale, in base alle specie.

Il setto è formato da due strati di membrana citoplasmatica e da due strati di peptidoglicano. Il processo

della divisione dei batteri è chiamato fissione o scissione binaria.

Curva di crescita Batterica

L’andamento di crescita di una qualsiasi specie batterica può essere riportato su un sistema di assi, dove da

una parte si ha il numero di cellule e dall’altra il tempo. Per tutte le specie viene fuori una sigmoide in cui

possono essere evidenziate quattro fasi:

 Fase di latenza = i batteri devono adattarsi al nuovo ambiente e cominciano a sintetizzare tutti quei

costituenti e quegli enzimi che serviranno per la replicazione.

Antonella Milazzo Pag. 18

 Fase di crescita esponenziale o logaritmica = la crescita dei batteri aumenta notevolmente in

maniera esponenziale.

 Fase stazionaria = essendo un sistema chiuso in cui i nutrienti a un certo punto si esauriscono, si

entra in questa fase, in cui non si nota un aumento di crescita poiché, alcuni batteri continuano a

replicarsi ma altri stanno già morendo per la carenza di nutrienti.

 Morte o declino = l’equilibrio non è più possibile perché i nutrienti sono del tutto esauriti, e il

numero di cellule che muoiono comincia ad essere nettamente superiore.

Fattori che influenzano la crescita batterica

La crescita batterica è influenzata da tantissimi fattori, tra cui:

 La temperatura = tutti i batteri presentano un intervallo di temperatura in cui sono in grado di

crescere; all’interno di questo intervallo vi è poi la temperatura in cui si evidenzia una particolare

esposizione alla crescita: tale temperatura viene chiamata optimum. In genere, l’optimum è molto

vicino all’estremo superiore dell’intervallo. In base alla temperatura di crescita, è possibile dividere i

batteri in:

 

Psicrofili crescono tra i 5 e i 20 grandi, con un optimum di 15 gradi

 

Mesofili crescono tra i 20 e i 45 grandi, con un optimum di 37 gradi

 

Termofili crescono tra i 40 e i 90 grandi, con un optimum di 60 gradi

 

Termofili estremi o estremo fili batteri che sono in grado di vivere in ambienti molto

caldi, generalmente sono gli ambienti in cui si avverte attività sismica o vulcanica. Un

esempio sono le solfatare, dove si mantiene una temperatura costante di circa 100°C e con

un pH molto acido a causa dei solfati presenti. Il termine deriva dal latino extremus e dal

greco phila, che letteralmente significa “passione per l’estremo”. Inizialmente si pensava che

gli estremo fili appartenessero solo al gruppo degli Archea, ma si è scoperto ultimamente

che possono appartenere anche ad altri generi. Per sopravvivere a tali temperature, si pensa

che abbiano modificato parti della loro struttura, o che abbiano modificato alcuni processi

vitali, in modo da poter sopravvivere. Tali batteri possono essere utilizzati dall’uomo in

tantissimi campi: farmaceutico, tessile, alimentare, dove si devono portare avanti dei

processi che richiedono alte temperature. Gli estremo fili hanno anche un alto interesse nel

campo dell’astrobiologia, poiché le condizioni estreme in cui vivono sembrano essere quelle

che si trovano su pianeti extraterrestri: tali batteri infatti sarebbero in grado di vivere su

questi pianeti.

 Presenza di ossigeno = in base alla presenza di ossigeno i batteri si dividono in:

 Aerobi obbligati = capaci di crescere solo in presenza di ossigeno atmosferico

(concentrazione del 21%)

 Aerobi facoltativi/anaerobi facoltativi = riescono a crescere indifferentemente sia in

assenza che in presenza di ossigeno. Però, i processi vitali avvengono più velocemente in

presenza di ossigeno, e di conseguenza crescono più velocemente con l’ossigeno.

 Anaerobi obbligati stretti = crescono solo in assenza di ossigeno atmosferico. Appena

entrano in contatto con l’ossigeno atmosferico, muoiono.

 Anaerobi obbligati aero-tolleranti = crescono in assenza di ossigeno ma riescono a tollerare

una leggera presenza di ossigeno, che vanno dal 2 all’8%.

 Microaerofili = crescono in presenza di ossigeno atmosferico (21%) ma preferiscono delle

concentrazioni inferiori di ossigeno (2-18%) in cui crescono più velocemente.

 Capnofili = crescono in presenza di anidride carbonica, non quella presente in atmosfera

(0.01%) ma di una concentrazione molto più elevata, circa il 10%.

 pH = la maggior parte dei batteri cresce ad un pH compreso tra 5 e 8, con un optimum tra 6.5 e 7.5.

Per far si che il pH rimanga costante e che i terreni non vengano in qualche modo modificati, in

Antonella Milazzo Pag. 19

acidi o basi, dalle sostanze di scarto dei batteri, i terreni sono quasi sempre addizionati a sistemi

tampone, di cui il più utilizzato è il fosfato. In base alle preferenze per il pH, i batteri possono

essere:

 Alcalofili = preferiscono un pH basico compreso tra 7 e 11 con un optimum di 10

 Neutrofili = preferiscono un pH compreso tra 4 e 9 con un optimum a 7, pH neutro

 Acidofili facoltativi = crescono lo stesso, ma preferiscono il pH acido

 Acidofili obbligati = crescono in ambiente acido, di circa 3. In ambienti con pH superiore

non riescono a crescere e a moltiplicarsi.

 Pressione osmotica = dovuta alla concentrazione del cloruro di sodio nei terreni di coltura.

Generalmente, nei terreni, il cloruro si trova allo 0.9%, la concentrazione fisiologica. Anche in

questo caso si moltiplicano meglio quando la pressione osmotica è leggermente inferiore a una

concentrazione più bassa della propria (dentro hanno più cloruro di sodio rispetto l’esterno).

 L’umidità = nei terreni di coltura è necessario che ci sia dell’acqua libera, poiché anche i batteri per

crescere hanno bisogno di acqua. Quando i terreni diventano troppo secchi, i batteri non riescono

più a crescere.

Strategie di Sopravvivenza

Quando le condizioni non sono favorevoli, in particolare scarseggiano i nutrienti, le cellule batteriche

mettono in atto vari meccanismi di sopravvivenza.

La sporulazione

I batteri producono le spore. Per produrre le spore, è necessaria una grande quantità di energia: per questo

motivo i batteri cominciano a produrre la spora quando la carenza di nutrienti non è proprio vicina. Difatti

è molto diffusa tale frase: << le spore sono cellule minacciate dalla fame>>.

Nel processo di sporulazione, le fasi iniziali sono pressoché identiche alla divisione: si moltiplica la

dimensione della cellula, si copia il cromosoma e comincia a migrare ai due poli. L’unica differenza è che il

setto che si viene a formare non sta a metà, ma si forma un setto asimmetrico. La parte più piccola che

ancora non si è staccata è la prespora mentre la restante parte andrà incontro a lisi, liberando la spora.

Per quanto riguarda la struttura, la spora è formata:

 Da un core centrale, in cui è contenuto il DNA, circondato da tanti involucri. Dall’interno verso

l’esterno:

 Una corteccia costituita da un peptidoglicano diverso da quello che costituisce la parete

cellulare perché è molto più rigido

 Due tuniche, interna ed esterna, costituite da proteine simili alla cheratina, che conferiscono

una grande resistenza agli agenti chimici e fisici.

 Esosporio, facoltativo, costituito da una membrana fosfolipoproteica.

La spora viene create per sopravvivere: quando la cellula vegetativa si accorge di non riuscire più, per la

mancanza di nutrienti, a portare avanti tutti i processi vitali, invece di morire lascia in giro il suo DNA

protetto da involucri. La spora resiste all’invecchiamento, alle alte e basse temperature, ai disinfettanti, al

calore ecc.

Tra le caratteristiche della spora:

 Non vi è attività metabolica, non vi è sintesi proteica, attività enzimatica e non c’è consumo di

ossigeno. La spora è una forma quiescente di vita.

 Resiste ai raggi ultravioletti e gamma

 Resiste all’esposizione di temperatura e al calore

 Il batterio produce degli antigeni particolari della spora, normalmente non prodotti dal batterio in

forma vegetativa.

Antonella Milazzo Pag. 20

La Germinazione

Quando le condizioni ambientali ritornano favorevoli e si ritorna ad una disponibilità di nutrienti, inizia il

processo di ricostituzione di una cellula vegetativa a partire dalla spora. Per cominciare, tutti gli strati che

ricoprono la spora, che quindi la rendono impermeabile e resistente, devono essere distrutti, degradati o per

lo meno resi permeabili, poiché la spora deve idratarsi, in modo tale da ricostituire il citoplasma e da qui

possono ricominciare tutte le attività metaboliche. Essendo il processo opposta alla sporulazione, si ha che

alla fine la spora si rompe e da essa fuoriesce la cellula vegetativa.

Stato vitale non coltivabile

VBNC (Viable But not Culturable). Invece di formare spore, i batteri entrano in uno stato dormiente,

rimanendo vivi, anche se l’attività metabolica è abbastanza ridotta ma continuano a mantenere la loro

patogenicità (riescono a stabilire l’infezione) e la loro resistenza ai farmaci. Tale modificazione viene indotta

da condizioni stressanti: mancanza di nutrienti, farmaci a concentrazioni non efficaci (subinibenti =

l’antibiotico riesce leggermente a tenere a bada il microrganismo ma esso impara a difendersi

dall’antibiotico), la temperatura sfavorevole, il pH non ottimale ecc.

Molto spesso nello stato vitale non coltivabile si è visto che i batteri da bacilli, diventano dei cocchi, con

conseguente variazione di morfologia. In alcuni casi le cellule batteriche riescono a ritornare nella forma

vegetativa precedente, in altri rimangono dei cocchi.

Antonella Milazzo Pag. 21

BIOFILM

Non si tratta di vera e propria strategia di sopravvivenza ma di strategia per migliorare la sopravvivenza

del batterio. Il biofilm è una comunità organizzata di cellule batteriche che vengono racchiuse in una

matrice polimerica prodotta dagli stessi batteri ed adesa ad una superficie. Tale superficie può essere

abiotica, materiali netti, o biotica, cellula o tessuti vivi di un ospite. Condizione indispensabile è che il

biofilm sia immerso in una fase acquosa.

Ogni superficie di questo genere può essere colonizzata dai batteri, per la formazione di biofilm. Ne sono

stati trovati su:

 Lenti a contatto

 Recipienti di alluminio utilizzati per conservare il combustibile nucleare esausto

 Protesi e dispositivi medico chirurgici

 Scafi delle navi, con biofilm non solo fatto da batteri ma anche con alghe ecc.

 Tubi degli acquedotti, dove il biofilm ha causato la corrosione dei tubi, producendo acidi organici.

 Rocce sul letto di fiumi ma anche sui mari

 Tubature degli oleodotti

 Scarichi lavandini

 Impianti industriali per trattamento delle acque

 Nell’intestino, nelle cavità orale, adesi alla cute. Nelle parti umide pseudomonas e acinedobacter.

Formazione del Biofilm

Si parte da una cellula chiamata plantonica, libera che nuota nel liquido. Il contrario della cellula plantonica

si chiama sessile, la cellula ormai organizzata in una comunità. La cellula plantonica, appena incontra una

superficie si attacca, dapprima in maniera molto debole (con interazioni idrofobiche o con forze di Van der

Walls), formando un attacco temporaneamente reversibile. Appena cominciano ad essere più di uno, i

batteri producono dei specifici ligandi per la superficie, le fimbrie, che consentono di stabilire un attacco

irreversibile alla superficie, cioè che non possono più essere allontanati da forze normali.

Si cominciano a formare delle micro colonie e cominciano a secernere la matrice organica che li andrà ad

intrappolare. La matrice organica è molto gelatinosa e non è altro che il glicocalice. La matrice è in grado di

mettersi in comunicazione con i fluidi ambientali tramite canali che servono a far arrivare i nutrienti

dall’esterno e per convogliare verso l’esterno le sostanze di scarto. Alla fine si avrà un biofilm maturo.

Esperimenti e osservazioni del biofilm

Negli ecosistemi acquatici naturali si è visto che

 Gli organismi associati in biofilm sono di gran lunga superiori rispetto ai batteri plantonici.

 I biofilm sono costituiti da numerose specie: per questo vengono chiamati consorzi batterici.

 Le prime specie che colonizzano la superficie possono favorire l’attacco di altri microrganismi che

da solo non sarebbero in grado di attaccarsi.

 I biofilm formati da più specie batterie sono i più forti e i più resistenti.

Il vantaggio in termini di sopravvivenza consiste nei fatto che i batteri riescono a stabilirsi in un ambiente

non ostile ricco di nutrienti e soprattutto che fornisce loro protezione dagli attacchi esterni (antibiotici,

sistema immunitario).

Antonella Milazzo Pag. 22

Quorum Sensing

Le fimbrie sono antigeniche, cioè che stimolano la produzione di anticorpi nell’ospite. Quando l’attacco si è

appena formato e i batteri cominciano a produrre le fimbrie, il sistema immunitario se li porta via e il

biofilm non si forma. Tuttavia i batteri, dapprima si attaccano in maniera blanda, si inviano dei segnali

chimici (molecole). I segnali chimici fanno capire ai batteri di essere in numero sufficiente, e a quel punto

cominciano a formare le fimbrie: anche se il sistema immunitario li riconosce sono ormai talmente tanti che

non possono essere allontanati. Il quorum sensing è la sensazione di aver raggiunto il numero sufficiente.

Tale tipo di segnalazione avviene anche quando deve essere prodotto il glicocalice, che nel biofilm viene

chiamato anche slime (slaim). Le difese immunitarie non possono fare nient’altro. Il quorum sensing

funzionerà un’ultima volta a biofilm maturo: il biofilm potrebbe raggiungere una massa critica e arriva non

la sensazione di essere in numero sufficiente, ma di essere troppi: alcuni batteri smettono di produrre il

glicocalice e vanno via, ritornando ad essere delle cellule plantoniche e andando a colonizzare altre

superfici.

Il Glicocalice o Slime del biofilm

E’ la matrice gelatinosa in cui sono ancorati i batteri. Quando è completamente idratata è costituita per lo

più di acqua (fino al 95%) e aiuta i batteri a concentrare i nutrienti e gli elettroliti che si trovano

nell’ambiente circostante. Chimicamente è un polisaccaride e può essere neutro, può possedere cariche

negative nella maggior parte dei batteri gram negativi o avere delle cariche positive nei batteri gram

positivi. Quando il biofilm si istaura in vivo (dentro un paziente), il biofilm può incorporare anche degli

elementi non microbici quali eritrociti, piastrine e coaguli di fibrina che forniscono un ulteriore supporto

all’ancoraggio dei batteri.

Formazione dello slime

Le fibrille si addensano finchè diventano uno strato molto compatto. Ogni batterio produce uno slime e

questi entrano in contatto tra di loro, formando un’unica massa di gelatina che li ingloba.

Variabili che influiscono sulla crescita del biofilm

 Proprietà del substrato, la superficie a cui si attaccano i batteri deve avere delle caratteristiche

particolari e idonee, ma soprattutto deve essere idrofobica.

 Proprietà del liquido che permea il biofilm, il flusso del liquido non deve essere troppo forte, il pH,

la temperatura devono essere idonei e ci deve essere la presenza di cationi.

 Proprietà dei batteri, devono poter esprimere le fimbrie e devono possedere i flagelli e in grado di

produrre le sostanze polimeriche extracellulari che andranno a formare la gelatina

 Disponibilità dei nutrienti. Il biofilm che si forma in carenza di nutrienti non vi è una struttura

omogenea e si formano delle strutture che si chiamano a torre o a fungo e sono molto instabili

poiché non essendo omogenea, quando il liquido scorre, può portarle via, staccando pezzi del

biofilm.

Il distacco del biofilm rovina l’organizzazione dei batteri e se questo è dentro un ospite, in particolare

nell’uomo, questa piccola parte può andare a formare dei trombi o formare biofilm da un’altra parte.

Quando il biofilm raggiunge la massa critica, avviene il distacco, che può avvenire:

 Perché il biofilm è diventato materialmente troppo grande e il liquido riesce a staccarne delle parti.

In questo caso si staccano dei batteri sessili.

 Perché si liberano le cellule da sole, riprendendo le caratteristiche plantoniche.

Oltre ad avere una protezione dall’ambiente esterno e un’abbondanza di nutrienti, i batteri che si trovano

organizzati in biofilm hanno un’elevata resistenza agli antibiotici, di tre o addirittura quattro volte

superiore rispetto agli stessi batteri liberi. I microbiologi avanzarono 3 ipotesi su questo fatto:

 La sostanza gelatinosa in cui sono avvolti impedisce all’antibiotico di diffondersi e di raggiungere i

batteri.

Antonella Milazzo Pag. 23

 Dato che molti antibiotici agiscono su batteri in replicazione, alcuni batteri all’interno del biofilm

rallentano il loro metabolismo e di conseguenza gli antibiotici non hanno su cosa agire.

 Il microambiente che si viene a formare crea delle condizioni chimiche avverse all’attività degli

antibiotici.

La MIC rappresenta la minima concentrazione di antibiotico in grado di inibire la crescita batterica. Per

contrastare il biofilm servono delle concentrazioni nettamente superiori di antibiotico. Molto spesso, i

batteri organizzati in biofilm diventano molto più resistenti agli antibiotici e riescono a ingannare le difese

dell’ospite. Il macrofago per esempio non riesce a fagocitare i batteri quando essi si trovano sottoforma di

biofilm e inoltre esso diventa l’ambiente ideale per scambiarsi plasmidi con antigeni di resistenza, con il

meccanismo della coniugazione. Quando il biofilm è in vivo, la terapia antibiotica riduce i sintomi

dell’infezione, soprattutto perché uccide le forme plantoniche che vengono rilasciate dal biofilm maturo ma

le forme che ormai si sono stabilite sulla superficie permangono e le malattie causate dal biofilm sono spesso

croniche. Se si tratta poi di infezioni a protesi biomediche, se l’infezione continua a persistere vuol dire che

si è formato il biofilm e l’infezione deve essere rimossa solo chirurgicamente.

Inoltre le infezioni causate da biofilm possono diffondersi nel circolo sanguigno e si possono formare degli

emboli. Circa il 70% delle infezioni che ci sono nell’uomo sono causate da biofilm, tra cui otiti, endocarditi,

fibrosi cistica, paradentiti. Il biofilm più comune è la placca sui denti, la quale non può essere rimossa solo

con l’uso dello spazzolino. Tale biofilm è di tipo polimicrobico: inizialmente era un solo batterio lungo al

quale poi si sono attaccati tanti cocchi. Oltre che sulla superficie del dente, il biofilm può svilupparsi anche

sotto la superficie: in tali aree, non essendoci nemmeno l’azione detergente della saliva, si comincia a

formare la carie, da streptococchi che producono acido lattico e che corrode lo smalto dei denti.

Altra infezione tipica del biofilm è quella dei cateteri, sia urinario ma anche venoso. I batteri riescono a

stabilire un biofilm:

 Nel punto in cui il catetere si inserisce dentro il vaso sanguigno, poiché si instaura una ferita e

dunque si produce fibrina, ottima base per l’attacco del biofilm. In questo caso, l’infezione si

instaura all’esterno del catetere.

 All’interno del catetere e l’infezione deriva dalle apparecchiature e dal personale medico che

semplicemente non si lava le mani.

Combattere il biofilm

Sino ad oggi si è tentato di combattere il biofilm ed esistono vari metodi a seconda delle fasi:

 Quando si cominciano ad attaccare i batteri

Strategia rendere le superfici non idonee

 Quando cominciano a produrre la matrice

Strategia utilizzare delle sostanze che bloccano la sintesi della matrice

 Quando le cellule cominciano a moltiplicarsi e a formare il biofilm

Strategia utilizzare sostanze che interferiscono con il quorum sensing

 Quando il biofilm è ormai maturo

Strategia somministrare antibiotici, per lo più disinfettanti, per pregiudicare la sopravvivenza

degli strati interni

 Quando vi è il distacco delle cellule plantoniche

Strategia velocizzare e aumentare la quantità di cellule che si staccano e ucciderle con un

antibiotico.

Fino ad ora, questi meccanismi non sono completamente efficaci. I biofilm hanno anche un’attività

vantaggiosa per l’uomo, ovvero per la depurazione delle acque negli impianti di depurazione: in essi il

biofiilm consiste in una sorta di patina di depurazione. Le sostanze di scarto depurano l’acqua e non sono

per noi nocive.

Antonella Milazzo Pag. 24


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DESCRIZIONE APPUNTO

INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA

• Grandezze e misure
• Origine della vita sulla terra
• I campi di studio della microbiologia

I PROCARIOTI E LE CARATTERISTICHE DEI MICRORGANISMI

• Differenze tra una cellula eucariota e una cellula procariote
• Caratteristiche dei microrganismi: grandezza
• Caratteristiche dei microrganismi: forma
• Unione tra batteri: stati di aggregazione
• I cocchi
• I bacilli

STRUTTURE CARATTERISTICHE

• Strutture essenziali
• Strutture facoltative

GENETICA BATTERICA
• Le mutazioni genetiche
• La ricombinazione

METABOLISMO BATTERICO

• Respirazione
• Fermentazioni
• Fonti di carbonio
• I nutrienti
• I terreni di coltura
• BEA e MSA

DIVISIONE CELLULARE E STRATEGIE DI SOPRAVVIVENZA

• Curva di crescita batterica
• Fattori che influenzano la crescita batterica
• Strategie di sopravvivenza
• La sporulazione
• La germinazione
• Stato vitale non coltivabile


BIOFILM
• Formazione del Biofilm
• Esperimenti e osservazioni sul Biofilm
• Quorum sensing
• Glicocalice o capsula del Biofilm
• Combattere il Biofilm

RAPPORTI MICRORGANISMI/OSPITE

• Fonti d’infezione
• Il ruolo dell’ospite

L’INFEZIONE
• Come si stabilisce un’infezione
• Endotossine: LAL Test
• Esotossine

LA REAZIONE DELL’OSPITE DI FRONTE UN’INFEZIONE

• Immunità umorale : Gli anticorpi
• Immunità cellulo-mediata: i linfociti T
• Immunizzazione
• Il vaccino
• I costituenti del vaccino

DIAGNOSI DELLE MALATTIE INFETTIVE E DETERMINAZIONE DELL’ATTIVITÀ MICROBICA

• Diagnosi diretta
• Antibiogramma
• Antibiogramma per diffusione secondo Kirby Bauer
• Metodo della macrodiluizione (non più usato).
• Valori di breakpoint

CARATTERISTICHE MICROBIOLOGICHE DEI PRODOTTI FARMACEUTICI
• Determinazione della carica microbica
• Controllo dell’attività di un disinfettante
• Controllo dell’attività di un conservante
• Norme di buona preparazione dei medicinali


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in farmacia (5 anni)
SSD:
Università: Catania - Unict
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Nelly94 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microbiolologia generale e applicata e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Catania - Unict o del prof Nicolosi Dario.

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