Microbiologia

Cerrutti 2 anno 1 semestre

INTRODUZIONE

La microbiologia è lo studio dei microrganismi intesi come esseri viventi invisibili ad occhio nudo

che di solito sono unicellulari o acellulari (virus) con misure minori di 0,1 mm.

10-10

(1 A° = 1 Armstrong = m)

Studia inoltre le loro attività, ha come oggetto:

La morfologia; Gli effetti che hanno;

• •

La struttura; Le modifiche che provocano

• • nell'ambiente, caratteristica sfruttata

La riproduzione;

• dall'uomo (i metano-produttori sono

La fisiologia;

• usati per produrre metano e vengono

Il metabolismo;

• sfruttati alcuni microrganismi per la

L'identificazione;

• fermentazione dell'uva trasformandola in

La distribuzione in natura;

• vino).

La relazione tra loro e tra altre specie;

•

Microscopio ottico Batteri Microscopio elettronico Virus

MICRORGANISMI

Batteri Alghe

Virus Protozoi

Funghi Lieviti

unicellulari

Non si originano spontaneamente da materia inanimata ma derivano sempre da altri organismi.

Procariote (Batteri), Hanno minore complessità, il DNA disperso nel citoplasma, è

addensato in una regione della cellula = NUCLEOIDE = REGIONE NUCLEARE,

solo i ribosomi ma più piccoli per la sintesi delle proteine, un'unica membrana

Tipi di citoplasmatica fosfoglicoproteica;

cellule: Eucariote, (Protozoi, lieviti, alghe, piante superiori e animali), Hanno un nucleo

delimitato, diversi organelli e complessi di membrane.

Causa di malattie;

• Causa di degradazione alimentare;

• Essenziali per la vita, perché possono svolgere funzioni importanti, nei

•

I microrganismi Ruminanti per esempio sono presenti alcuni batteri nel rumine e

in natura sono: nell'intestino degli erbivori che permettono la digestione della cellulosa;

Necessari per i cicli geochimici, come gli azotofissatori, e la

• fertilizzazione del suolo;

Utilizzati come biomassa e nella produzione di farmaci.

•

Molte malattie sono causate da infezioni virali, batteriche, fungine e protozoarie, i POSTULATI DI

KOCH vengono utilizzati per determinare il legame tra una malattia e il microrganismo che si

sospetti ne sia la causa:

1. L’agente causale deve essere presente in tutti i casi della malattia di cui è ritenuto

responsabile e deve essere invece assente negli individui sani;

2. L’agente causale deve essere isolato dall’individuo affetto e, posto in coltura, deve dare

origine ad una popolazione cellulare omogenea, ovvero di una sola specie;

3. L’inoculo di una coltura pura dell’agente causale in individui sani deve dare luogo alla

comparsa della malattia di cui si ritiene responsabile;

4. L’agente causale deve essere re-isolato dall’individuo infettato sperimentalmente.

Caratteristiche di un sistema biologico:

Capacità riproduttiva, unica funzione biologica che hanno i virus;

• Assorbimento delle sostanze nutritive e metabolizzazione per ricavare energia;

• Espellere prodotti di rifiuto;

• Reagire a cambiamenti dell'ambiente, irritabilità o eccitabilità, allontanarsi o avvicinarsi ad

• una situazione favorevole o no;

Subire mutazioni, variazione del patrimonio genetico che si ripercuotono sul fenotipo.

• Animali

Monere REGNI VIVENTI Sistema nervoso,

Procarioti Aerobi

DNA non associato a proteine Funghi

quindi non ci sono cromosomi, Parete cellulare di

Parete cellulare, solito chitinosa,

Unicellulari Protisti Aerobi o no

Microrganismi spesso Piante

Eubatteri unicellulari Aerobi, Sempre doppia

Parete cellulare

Archibatteri membrana cellualre

BATTERIOLOGIA

Batteri = SCHIZOMICETI perché prima li consideravano organismi vegetali per la loro parete.

La loro classificazione si basa essenzialmente sull'identificazione dei generi e delle specie, le

principali tecniche per la classificazione sono:

Tassonomia numerica, analizzati e valutati una serie di caratteri comparandoli tra loro;

• Analisi genetica;

• Analisi delle sequenze, delle proteine e delle molecole di RNA.

•

Nella tassonomia abbiamo: Phylum → Classe → Ordine → Famiglia → Genere → Specie

Le unità tassonomiche sono le specie ovvero gli insiemi di ceppi batterici che mostrano molte

caratteristiche fenotipiche comuni che ne permettono la distinzione da altre specie. Il CEPPO =

CLONE = Insieme di cellule geneticamente identiche derivate da una subcoltura di una singola

colonia isolata in purezza, si può avere:

Ceppo tipo, coltura da cui è stata descritta originariamente la specie depositata presso

• collezione di colture batteriche, esempio permanente della specie;

Ceppo di referenza, coltura usata per studi di malattie infettive e per diverse applicazioni di

• laboratorio depositata presso collezioni.

Biotipi, ceppi con differenze biochimiche o fisiologiche;

•

In una stessa Sierotipi, ceppi con differenze antigeniche;

•

specie si hanno: Fagotipi, ceppi con differenze di sensibilità a diversi batteriofagi;

• Resistiotipi, ceppi con differenze nella resistenza agli antibiotici.

•

Per ogni genere di batteri vanno prese in considerazioni le seguenti caratteristiche:

Gram; Dimensioni; Esigenze di ossigeno;

• • •

Morfologia; Mobilità; Habitat.

• • •

Sono misurabili in micron, si riproducono per scissione binaria, possono trovarsi in singole cellule o

aggregati, dipende dalle modalità di divisione.

Le cellule batteriche possono avere una forma rotondeggiante = Cocchi

Inoltre se nella scissione diretta alcuni batteri restano:

attaccati a due = Diplococchi

Se sono aggregati:

attaccati a catenelle = Streptococchi

attaccati a gruppi = Stafilococchi

attaccati a quattro = Tetradi

attaccati a multipli di quattro = Sarcina

Le cellule batteriche possono avere una forma a bastoncello = Bacilli

Se hanno una forma più arrotondata = Coccobacilli

Se sono aggregati:

attaccati a catenelle = Streptobacilli

Le cellule batteriche possono avere una forma a virgola = Vibrione

Le cellule batteriche possono avere una forma filamentosa e rigidi = Spirilli

Le cellule batteriche possono avere una forma filamentosa e più flessuosi e sottili = Spirochete

Capsula

Delimita il batterio dall'ambiente, non è sempre presente, in alcune situazioni ambientali possono

averla e in altre no, altri non ce l'hanno proprio.

Strato mucoso spesso variabile non colorabile da coloranti ma con colorazione negativa = si colora

solo lo sfondo con l'inchiostro di china, la capsula risulta un alone trasparente attorno alla cellula. Si

può inoltre vedere con reazioni immunologiche o con il rigonfiamento della cellula.

Può essere di origine polipeptidica o polisaccaridica, la sintesi è regolata da fattori:

Genetici, ci devono essere certi geni nel genoma, può essere persa con mutazioni di tipo S-

• R nelle colonie (aggregati dove le singolo cellule non sono distinguibili) con batteri

capsulati, lisci o Smooth, possono poi assumere l'aspetto rugoso o Rath senza capsula.

Fenotipici, fattori ambientali (O e umidità), composizione del terreno, fase di crescita

• 2

(attiva nella fase riproduttiva).

Risultato di prodotti sintetizzati dal batterio e secreti, può essere usata come

• riserva e per questo il batterio in difficoltà o morente non la esprime;

Funzioni: Protezione dalla disidratazione perché ricca di acqua;

• Importante fattore di virulenza perché aumenta il potenziale patogeno perché li

• rende più resistenti e aiuta ad aderire.

Struttura simile, più semplice e più fragile perché le maglie sono più lasse = GLICOCALICE.

Parete

Esclusiva di queste cellule. Presente in quasi tutti i batteri tranne nei MICOPLASMI, agenti di

malattie animali, fatto importante perché esistono alcuni farmaci antibatterici (antibiotici) che

interferiscono con la sintesi della parete uccidendo così i batteri che ce l'hanno.

Spessa e rigida, protegge, mantiene la forma, protegge da danni osmotici e non la fa scoppiare,

Gram positivi, strato spesso di peptidoglicano Gram negativi, strato sottile di peptidoglicano

inoltre dà immunità perché è in grado di stimolare la sintesi di alcuni anticorpi.

anche 40 foglietti 40-80% del peso, all'interno da 2 a 3 foglietti 5% del peso, pochi legami tra

È composta per lo più da PEPTIDOGLICANO = MUREINA, questo polimero è responsabile

delle maglie la matrice contiene acidi teicoici, i foglietti, hanno una membrana esterna =

della rigidità, è formato da lunghe catene lineari disaccaridiche di n-acetilglusammina, NAG, e n-

polimeri di alcoli polivalenti uniti da legami pseudocapsula = doppio strato lipidico

acetilmuramico, NAM, legati a formare foglietti concentrici legati tra loro con due corte catene

fosfodiesterici + glicolipidi = acidi lipoteicoici separata dalla membrana = spazio

tetrapeptidiche legate tra loro, composte principalmente da alanina, legate sempre al NAM.

responsabili della carica negativa della periplasmatico dove ci sono diverse proteine,

A seconda della struttura con la colorazione di Gram si distinguono due tipi di batteri:

superficie cellulare e possono contribuire al lipopolisaccaridi danno il carattere negativo e

passaggio di ioni, contribuiscono alla forza e possono agire come endotossina e causare le

all'elasticità, e acidi teiluronici oltre a tipiche infezioni (salmonella) la lipoproteina

carboidrati e proteine, tipico è il legame di Brown connette il peptidoglicano alla

indiretto = legame delle due catene a 5 residui membrana esterna, il lipide A è saldamente

di glicina, si forma quindi un ponte il legame è ancorato alla membrana esterna, tipico è il

più forte e dà più robustezza allo scheletro, legame diretto tra le due catene tetrapeptidiche,

quasi tutti i NAM sono legati alle proteine. proteine meno frequenti.

Il peptidoglicano è una molecola grossa con legami forti con amminoacidi alternati D e L, sono

numerosi i legami H tra i peptidi, gli ACIDI TEICOIDI e LIPOTEICOICI facilitano

l'assorbimento di ioni positivi, favorisce la virulenza. I batteri sono fortemente immunogenici

perché danno forte risposta immunitaria.

La membrana esterna dei Gram negativi è fatta da liposaccaridi, per lo più, e fosfolipidi, la

componente lipidica è data dal lipide A che rappresenta un fattore tossico, LEVITOSSINA, è la

porzione effettivamente responsabile del potere patogeno.

Membrana citoplasmatica

Può presentare invaginazioni = MESOSOMI.

Simile alla membrana degli eucarioti perché è un doppio strato fosfolipoproteico, sono assenti gli

steroli ma ci sono molecole pentacicliche simili = OPANOIDI, probabilmente hanno la funzione di

stabilizzare la membrana, e ci sono più proteine non glicosilate.

Interagisci con l'esterno con l'assunzione di sostanze nutritive e l'eliminazione dei metaboliti di

rifiuto, individua i segnali ambientali per la chemiotassi, è il centro di attività metaboliche come

respirazione, perché sono presenti sistemi per il trasporto di elettroni, fotosintesi, sintesi dei lipidi,

sintesi dei costituenti parietali, è una barriera di permeabilità, facilita il trasporto dei tessuti.

È stabilizzata dalle interazione idrofobiche e legami idrogeno tra lipidi vicini. Alcune proteine si

muovo nel piano della membrana, il risultato è una membrana fluida con la consistenza di un olio.

Citoplasma

Nucleo nel nucleoide.

• Granulociti, materiale di riserva ma poco perché queste cellule hanno un turnover elevato si

• approvvigionano e si riproducono velocemente.

Molecole di DNA circolare piccole distanziate dal nucleoide chiamati plasmidi.

• Appendici, possono esserci o no e sono di due tipi:

• Flagelli, più filamentosi e più grandi, servono a muoversi, di natura proteica, il numero e

• la zona di inserzione sono variabili e usati come criteri di classificazione, i batteri infatti

sono divisibili in:

Monotrichi, 1 flagello Estremità;

◦ Anfitrichi, 2 flagelli Estremità

◦ Lofotrichi, Più flagelli Estremità = Ciuffo

◦ Peritrichi, Più flagelli Sparsi

◦

I flagelli non sono visibili al microscopio a meno che non si incrementi il loro diametro

con speciali coloranti, acido tannico, si possono visualizzare indirettamente tramite la

loro mobilità, terreni semisolidi o vetrino a fresco, si compongono di tre parti:

Filamento, subunità uguali di flagellina;

◦ Uncino;

◦ Corpo basale.

◦

Sono inoltre importanti gli antigeni H alla base della classificazione sierologica di molti

microrganismi. Il movimento rotatorio si origina dal corpo basale che funzionerebbe

come motore grazie alle proteine Mot, altre proteine, Fli, fungono da invertitori

ribaltando la rotazione del flagello in risposta a segnali intracellulari, il risultato è un

avanzamento in linea retta con capovolgimento. L'energia richiesta per la rotazione

proviene dalla forza proton-motrice, la velocità di rotazione varia a seconda della specie

e dell'energia, il movimento dei microrganismi con flagelli polari o lofotrichi è diverso

da quello con flagelli peritrichi. Più di 40 geni sono coinvolti nella crescita e sintesi dei

flagelli, la sintesi inizia con l'assemblaggio dell'anello MS nella membrana, seguita dalla

formazione di altri anelli, dell'uncino e del cappuccio, le molecole di flagellina scivolano

all'interno dell'uncino per formare il filamento sono guidate nella corretta posizione dalle

proteine del cappuccio che assicurano al filamento crescente uno sviluppo ordinato,

queste molecole sono sintetizzate nel citoplasma e passano all'interno del canale

all'interno del filamento e vengono assemblate all'estremità terminale.

Infine permettono la CHEMIOTASSI = Capacità dei batteri di avvicinarsi o di

allontanarsi da particolari sostanze chimiche, questa può essere:

Positiva, avvicinamento Negativa, allontanamento

◦ ◦

Il fenomeno può essere messo in evidenzia mediante il metodo dei capillari.

Fimbrie, più corte dei flagelli e più numerose, non sono coinvolte nel movimento ma

• probabilmente nell'adesione ai tessuti,

Pili, simili alle fimbrie ma più lunghi e meno numerosi, anche questi servono ad aderire

• ai tessuti, sono costituiti da subunità di pilina, la cui espressione è regolata da un

complesso genico Pil, è formata da un'estremità NH3 che si conserva nei vari

gonococchi e da una COOH che è invece estremamente variabile e per questo è difficile

fare un vaccino. I pili si dividono in:

Comuni, più numerosi, strutture adesive, sono fattori di colonizzazione, a volte

◦ hanno proprietà antifagocitarie;

Sessuali, massimo 10 a cellula, sono più lunghi dei comuni, intervengono nella

◦ coniugazione e rappresentano spesso dei recettori per i batteriofagi.

Sono i principali fattori di virulenza di Nisseria gonorroea perché mediano l'attacco alle

cellule epiteliali non cigliate dell'epitelio uro-genitale e conferiscono resistenza

all'aggressione da parte dei neutrofili.

SPORE

Alcuni microrganismi appartenenti ai generi BACILLUS o CLOSTRIDIUM possono, in

condizioni ambientali sfavorevoli, andare incontro ad un particolare

processo di differenziazione = SPORIFICAZIONE reversibile e

porta alla produzione di una spora batterica che rappresenta una forma

di vita quiescente e particolarmente resistente al calore e agli agenti

chimici e fisici con caratteristiche strutturale i fisiologiche molto

diverse da quelle della cellula vegetativa che l'ha prodotta. La sporificazione si evolve in stadi

morfologici correlati a profonde modificazioni biochimiche:

I. Formazione del filamento assiale;

II. Formazione del setto asimmetrico;

III. Formazione della pre-spora;

IV. Formazione della corteccia, seconde le stesse vie biosintetiche che portano alla formazione

del peptidoglicano della cellula vegetativa, responsabili delle modificazioni strutturali sono

gli enzimi spora-specifici, è probabile l'esistenza di due apparati biosintetici distinti associati

con la membrana esterna e interna;

V. Formazione delle tuniche o coats, vengono sintetizzate le proteine spora-specifiche ricche di

zolfo;

VI. Completamento dei rivestimenti della spora;

VII. Liberazione dell'endospora per lisi dello sporangio, si ha l'accumulo di numerose autolisine

che si accumulano nello sporangio subito prima della lisi.

L'intero processo è dato da:

1. Attivazione, reversibile, spore pronte a germinare se esposte alle condizioni di induzione;

2. Germinazione propriamente detta, irreversibile, richiede la presenza di un induttore,

nucleosidi purinici, e taluni amminoacidi, L-Ala, possono potenziare l'effetto degli induttori:

1. Fase rapida, pochi minuti;

2. Perdita della termoresistenza e rifrangenza;

3. Metabolismo di tipo degradativo;

4. Sintesi di ATP da 3PG;

Si ha poi la regolazione genica, geni ger organizzati in almeno 3 operoni;

3. Esocrescita, intensa sintesi proteica, della parete e del DNA, poi divisione cellulare.

La regolazione della sporificazione coinvolge più di 100 geni nel Bacillus subtillis, si ha

l'espressione di geni spora-specifici in sequenze temporali definite identificate con l'impiego di

mutanti bloccati a stadi morfologici specifici.

Le spore sono circa 10 volte più resistenti all'azione di disinfettanti o radiazione e sono circa 100

mila volte più resistenti all'inattivazione termica dovuta al grado elevato di disidratazione.

La spora è formata da: Protoplasto

Rappresenta il citoplasma, contiene perciò tutto il necessario per produrre una cellula completa:

Un cromosoma;

• Componenti stabili del sistema proteosintetico;

• NO RNA;

• Proteine enzi