Microbiologia

COLTURE DI ARRICCHIMENTO

Allestite in modo da favorire la crescita del microrganismo a cui si è interessati e

sfavorire possibilmente la crescita degli altri. Come si allestisce? Abbiamo bisogno di

terreni con determinate caratteristiche: composizione chimica, fonte C, fonte energia,

pH; altrettanto importanti le condizioni di incubazione: T, ±O .

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Come si scelgono le condizioni? In funzioni del tipo di microrganismo che a me

interessa isolare. Voglio isolare dal suolo un microrganismo che sia non esigente per

l’N e capace di degradare il composto X, come si fa? Il terreno non può essere ricco

(LB), uso un terreno minimo a base minerale, non devo aggiungere composti organici

per l’azoto, aggiungo sali, aggiungo il composto che voglio che degradi come unica

fonte di carbonio e di energia. Siamo partiti da un inoculo di suolo, che pH uso?

Neutro, intorno al 7. Poi devo scegliere T e presenza/assenza di ossigeno, come si

scelgono? Visto che parto dal suolo che T uso? Nel suolo trovo la maggior parte dei

mesofili quindi 28-30°C, se invece usiamo un batterio che è abituato a vivere in

simbiosi si usano 37°C. Ossigeno sì o no? Ossigeno sì, si può mettere anche in

agitazione così ho una quantità maggiore di scambi di ossigeno. In sostanza il terreno

lo scelgo io, lo elaboro io in base a cosa mi interessa. Di solito le colture batteriche si

mettono ad incubare al buio. Voglio isolare un cianobatterio azoto fissatore (procarioti

che fanno fotosintesi ossigenica come quelle delle piante), che terreno uso? Terreno

minimo a base minerale, aggiungo azoto molecolare (nessuna fonte di azoto

combinato), come fonte di C uso la CO ad esempio. Lo devo mettere ad incubare in

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una camera per anaerobiosi? No; non deve essere agitato. A che T? Temperatura

ambiente, si sceglie vicina a quella del suo habitat naturale; va messo alla luce.

Le colture di arricchimento sono tutte fatte in vitro, se diventa torbida vuol dire che

qualcosa è cresciuto, quindi semino in terreno solido (piastro) e vedo una coltura mista

perché con l’arricchimento che procede per cicli, il numero di batteri di interesse

cresce, ma non si isola una coltura pura perché nel campione ci possono essere un

paio di tipi di batteri che possono crescere nelle condizioni che ho stabilito oppure altri

batteri che ci sono non crescono, ma non muoiono. Posso avere tanti batteri di un tipo

e pochi di un altro tipo, ma comunque non ho una coltura pura. Ogni volta che

allestisco un sistema di coltura imposto già un sistema di selezione. Come ottengo la

coltura pura? Si parte da una colonia singola e ben isolata, perché si parte dal

presupposto che una colonia abbia avuto origine da una singola cellula, semino,

striscio un paio di volte e raccolgo l’ultima colonia isolata (così sono abbastanza

certa).

TASSONOMIA E CLASSIFICAZIONE

Metabolismo microbico: tutto il macchinario che serve per la crescita di un

microrganismo sono tutte le funzioni fisiologiche e biochimiche e le funzioni

codificanti.

Metabolismo energetico

I procarioti dal punto di vista metabolico presentano una biodiversità molto molto

maggiore egli eucarioti, il metabolismo di quest’ultimi è “noioso” perché si riduce a

glicolisi, ciclo degli acidi e respirazione; i batteri fanno molto di più. Partiamo dal tipo

di fonte energetica utilizzata:

Alcuni utilizzano i composti chimici -> i chemiotrofici

Composto organico -> chemiorganotrofo

Composto inorganico -> chemiolitotrofi, metabolismo che esiste solo nel procarioti.

Composti organici che possono essere utilizzati dai microrganismi?

Tutti i monomeri che costituiscono le macromolecole biologiche -> zuccheri, aa, acidi

grassi, basi azotate; questa grande capacità di utilizzare composti differenti rende i

procarioti fondamentali nel riciclo della materia organica

Composti organici naturali che non vengono utilizzati da altri organismi (alcuni derivati

del petrolio, monomeri della lignina) e anche alcuni composto organici di sintesi,

xenobiotici sintetizzati dall’uomo

Dove vanno a finire? Se si tratta di ossidazione vuol dire che stanno togliendo gli

elettroni dal composto ossidato, vengono trasportati ad una catena di trasporto degli

elettroni e man mano che apssano da un componente all’altro della catena di

trasporto di catena, si ha l’estrusione di protoni all’esterno della membrana il che vuol

dire che la membrana si carica con la forza motrice dei protoni. Quando la membrana

è carica c’è la possibilità di far rientrare attraverso specifici canali i protoni all’interno

della membrana nel citoplasma. Il tipo di accettore di elettroni al termine della catena

respiratorio definisce il tipo di respirazione, gli elettroni strappati possono finire

sull’ossigeno o su composti diversi dell’ossigeno: se finisce su O si parla di

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respirazione aerobica, se vanno a finire su composti diversi dall’ossigeno si parla di

respirazione anaerobica. I composti che possono fungere da accettori di elettroni nella

respirazione anaerobica possono essere: nitrato, si parla di denitrificazione che viene

ridotto fino ad azoto molecolare o riduzione dissimilativa del nitrato; alcuni sono

capaci di convogliarli sul solfato SO4 riducendolo ad H2S e si parla di desulfuricazione

o riduzione dissimilativa del solfato; in alcuni Archaea possono andare a finire sulla

CO2 che viene ridotta fina a CH4 e si parla di metanogenesi. Ci sono alcuni casi in cui

nel metabolismo non c’è nessun accettore finale di elettroni esterno e nessuna catena

di trasporto degli elettroni, in questo caso si parla di fermentazione. Nella

fermentazione l’accettore è sempre interno, cioè un intermedio della stessa via

+

biochimica (es nella glicolisi serve riossidazione del NAD in NAD e scarico gli elettroni

sul piruvato che è ridotto in acido lattico: ATP durante la glicolisi è prodotto da due

reazioni (1,3 bifosfoglicerato a 3-fosfoglicerato, da PEP a pyr) in queste il gruppo P è

trasferito ad ADP che diventa ATP tramite fosforilazione a livello del substrato. Mentre

nella respirazione, l’accettore è esterno e il meccanismo per conservare l’energia è

quello della fosforilazione ossidativa.

Chemiolitotrofi: ossidano un composto inorganico deve essere un composto

relativamente ridotto. C’è un gruppo di chemiolitotrofi aerobi che è in grado di

ossidare: 2- 3-

Nitrificanti NH , NO fino a NO ,

 3

Solfo-batteri H2S -> SO4

 Idrogeno-batteri H2 -> H2O

 2+ 3+

Ferro-batteri Fe -> Fe



Ci sono chemiolitotrofi anaerobi:

Metanogeni -> Composto organico può essere ossidato tramite processo di

 fermentazione o di respirazione che si può dividere in aerobica o anaerobica; i

composti inorganici non possono essere fermentati, possono essere ossidati

soltanto con il processo di respirazione (aerobica o anaerobica).

Metabolismo di tipo fotosintetico: ci sono molti procarioti fotosintetici; nei fotosintetici

oltre ad una fotosintesi che è molto simile a quella che avviene nella piante (simile a

quella che fanno i cianobatteri) esiste anche la fotosintesi anossigenica, in questa non

viene prodotto ossigeno, in particolare sono i batteri rossi (o porpora) e batteri verdi

ed entrambi i tipi di batteri vengono ulteriormente divisi in solfurei e non solfurei. Per

distinguere la fotosintesi ossigenica da quella anossigenica bisogna vedere il donatore

di elettroni usato per la produzione di potere riducente. Nella fotosintesi ossigenica si

ha il quanto di luce che eccita la clorofilla del centro di reazione che per tornare al suo

stato fondamentale si ossida cedendo un elettrone che segue un trasporto di elettroni

e prima finisce su NAD per poter riducente, l’ATP viene prodotto tramite

fotofosforilazione, quindi si produce potere riducente, l’elettrone deriva dalla clorofilla

eccitata che rimane con un elettrone in meno che viene recuperato dalla fotolisi

dell’acqua. Quindi il donatore di elettroni è l’acqua che va incontro a fotolisi. Il

donatore di elettroni che viene utilizzato per produrre potere riducente sarà un

composto ridotto diverso dall’acqua (nella fotosintesi anossigenica).

TASSONOMIA E SISTEMATICA BATTERICA

A partire dal dominio Bacteria si scende in phylum, classe, ordine, genere, famiglie,

specie e poi ci sono i ceppi. La classificazione sistematica è come quella zoologica; in

realtà si sente parlare di phylum, la classe e l’ordine sono raramente dominati, si parla

di famiglie ma molto spesso i termini di riferimento sono genere e specie.

In zoologia il concetto di specie biologica è definito come insieme di individui che

possono incrociarsi naturalmente tra loro per dare una progenie fertile; in

microbiologia siccome i batteri si riproducono essenzialmente per scissione binaria,

per specie batterica si intende un gruppo di microrganismi (cioè cloni isolati in

coltura pura) che hanno caratteristiche comuni e che si differenziano

considerevolmente da altri gruppi: è una definizione ambigua perché il concetto di

specie è una semplificazione umana perché in realtà le specie sono sempre in

evoluzione. Comunque abbiamo un bisogno pragmatico di dare un nome alle cose per

poterle identificare facilmente e velocemente.

Criteri che caratterizzano le specie batteriche:

Classificazione per ordinare i batteri in funzione a caratteri comuni

fenetica

Classificazione > si basa sul fenotipo del microrganismo, si va a vedere una

lista di caratteristiche e in base al numero di caratteristiche comuni si fanno delle

classificazioni (tassonomia numerica).

filogenetica

Classificazione > tiene conto dei rapporti evolutivi dei microrganismi

sfruttando la genetica e delle caratteristiche molecolari.

Identificazione per dare nome univoco: applico uno o entrambi i criteri di

classificazione

Analisi di tipo fenetico (analizzo più fenotipi)

Analisi di tipo molecolari (analizzo più molecole)

Nomenclatura: strumento necessario e fondamentale per la comunicazione. La prima

parola è il genere (con iniziale in maiuscolo) e poi c’è il nome della specie (in

minuscolo) sempre scritti in corsivo oppure sottolineati. Associato ai due nomi ci può

essere una sigla che identifica il ceppo perché sono varianti della stessa specie che

hanno delle caratteristiche leggermente diverse ma mantengono tutte le

Pseudomonas aeruginosa

caratteristiche comuni delle specie > es. PAO1.

Caratteri fenotipici

Morfologia del microrganismo: forma, dimensioni (relativamente importati perché

generalmente sono sempre intorno al paio di micron) e reazione di Gram che dice di

che tipo è l’architettura della parete.

Nutrizione e fisiologia del microrganismo: