Microbiologia

E’ una branca della biologia che chiamiamo microbiologia. Il tutto nasce sempre influenzato da quello che è

il pensiero di grandi filosofi del passato tra cui Aristotele, Newton, Cartesio ecc... in quanto l'umanità n'è

sempre stata affascinata . Essi erano giunti al concetto che prende il nome di GENERAZIONE SPONTANEA

ovvero l'origine diretta degli organismi viventi a partire da materiale organico inerte. Secondo questo

principio in ogni cosa esiste un principio passivo che è la materia stessa. Questo principio passivo può

essere plasmato, modellato grazie al principio attivo che è la forza interna alla materia stessa che dà origine

a quella che è la vita. Oggi naturalmente ci sembra strano pensare che i topi si originano dal grano in

putrefazione o che le mosche si originano dalla carne in putrefazione. Nel 17° secolo Jean Baptiste Van

Helmont fece proprio un esperimento. Egli prese una camicia sporca di sudore, la mise a contatto con del

frumento e fece quella che si chiama incubazione e dopo 21 giorni vide che si originava la vita che

consisteva nella formazione di topi ovvero la materia. In questo caso quindi i principi passivi erano il

frumento e la camicia e il principio attivo era il sudore. Questo esperimento serviva per dimostrare la

velocità della generazione spontanea. Questo principio, ovvero quello della generazione spontanea, è stato

accettato a livello scientifico mondiale fino all'inizio del 19° secolo e soltanto grazie allo studio di diversi

scienziati italiani si è giunti a quella che oggi chiamiamo la scienza della microbiologia. Questi scienziati

dimostrarono la non veridicità della generazione spontanea ma la veridicità di quella che oggi chiamiamo

biogenesi, ovvero tutto ha origine da una vita precedente. I primi esperimenti furono fatti da Francesco Redi

che intorno al 1968 pubblicò “Esperienze intorno alla generazione di insetti “e giunse alla conclusione che

tutto ciò che è vita, quindi tutti gli insetti e generalizzando anche a tutte le altre forme di vita, si origina da

delle uova preesistenti. Lui lo dimostrò tramite un esperimento semplicissimo, prese due barattoli uno

aperto e uno chiuso ermeticamente e ci mise dentro della carne. Lui osservò che nel barattolo aperto le

mosche potevano entrare e quindi depositare le uova (che davano origine alla vita dopo un po' di tempo),

nel barattolo chiuso non potendo depositare le uova, su questa carne la vita non si originava. Quello che gli

venne contestato è che nel barattolo sigillato ermeticamente mancava il passaggio dell’aria. In assenza

d’aria mancava il principio attivo che poteva modellare il principio passivo che era la carne e quindi generare

le mosche. Lui per rispondere a queste critiche non fece altro che fare dei piccoli fori (per non permettere il

passaggio delle mosche) ma sufficienti a far passare aria nel barattolo sigillato, anche in questo caso arrivò

alla conclusione di prima. Quindi non si parlò più di generazione spontanea, ma di biogenesi, questo

discorso vale per le mosche e per tutti gli organismi macroscopici. Il problema sorse intorno al 1675 quando

Anton Van Leeuwenhoek costruì un insieme di lenti che serviva ad ingrandire la base dei tessuti, per

osservarli meglio. Da queste osservazioni lui notò tanti piccoli microorganismi che si muovevano, quindi

dotati di vita. Lui non li notò solo nei tessuti ma anche nei succhi, nei brodi ecc. Inizio a contattare il centro

di riferimento della cultura scientifica dell’epoca affermando che nei brodi esisteva una vita che si generava

autonomamente. Questi piccoli microorganismi lui li chiamò animalcula (piccoli animali). Si riapriva quindi la

disputa fra teoria della biogenesi (la vita deriva dalla vita) e teoria della generazione spontanea (la vita si

origina da sostanze non viventi), e si poteva parlare quindi di biogenesi solo per grossi organismi. Quindi a

questo punto gli scienziati iniziarono di nuovo a dibattere su quello che era la domanda a cui si doveva dare

risposta ovvero da che cosa aveva origine la vita? Un inglese Needham nel1745 fece un esperimento con il

brodo di pollo. Esso sterilizzò e versò questo brodo in un contenitore sterile e lo chiuse ermeticamente,

dopo un po' di tempo lui osservò questi animalcula all’interno del brodo e da qui venne nuovamente a galla

la teoria della generazione spontanea. Ma nel 1765 Spallanzani dimostrò la fallacia di questa opinione con

una serie di esperimenti molto precisi consistenti nell'uccidere col calore i germi degli infusori che si trovano

sulle sostanze infuse, nell'acqua, nell'aria. Lui contestava la presenza di microorganismi nell’aria che

venivano intrappolati nel recipiente una volta chiuso e quindi secondo Spallanzani questi microorganismi si

formavano da microorganismi sempre preesistenti e non dal nulla. Lui confermò questa teoria con un

esperimento simile a quello di Needham, bolli questo brodo di pollo in una beuta, che lascio aperta e vide

che si crearono questi microorganismi dovuti ai microorganismi presenti nell’aria e come controprova della

non veridicità della teoria della generazione spontanea fece bollire in un'altra beuta sigillata lo stesso brodo

e col passare del tempo siccome l'aria non poteva portare microrganismi il brodo rimaneva sterile e

rimaneva sterile anche per alcuni mesi. Però a questo fu contestato la stessa cosa che contestarono

all’esperimento di Redi e cioè che non poteva passare l’aria che serviva a modellare il principio passivo che

era il brodo. Nel 1864 Louis Paster confutò la teoria della generazione spontanea adottando degli

esperimenti simili a quelli di Spallanzani, però in questo caso lui inventò delle beute con all'estremità un

collo ricurvo. Lui le chiamò beute a collo di cigno. Fece bollire del brodo all’interno di queste beute per

almeno 1 ora per eliminare microorganismi preesistenti all’interno del brodo, dopo diede il tempo al brodo

di raffreddarsi. Ovviamente il collo della beuta permetteva il passaggio dell’aria ma non quello dei

microorganismi presenti nell’aria poiché essi si depositavano nelle varie curve del collo della beuta per cui

anche dopo mesi questo brodo rimaneva sterile. E per rispondere alle critiche fatte dai sostenitori della

generazione spontanea secondo cui lui con il calore aveva distrutto altri principi attivi non conosciuti ma

che esistevano all’interno del brodo, questo stesso brodo lui lo espose all’aria rompendo il collo della beuta

e facendo passare direttamente l’aria nel brodo senza attraversare il collo a cigno della beuta in questo

stesso brodo si generava vita(microorganismi) ciò significava che il brodo aveva mantenuto tutti i principi

attivi per poter far crescere la vita(microorganismi). Pasteur non è famoso solo per questo ma è famoso

anche per essere arrivato al vaccino contro la rabbia, che era una delle malattie con il più tasso di mortalità.

Il primo vaccino in realtà è attribuito a Edward Jenner che vaccinò delle persone con un microorganismo

proveniente da una patologia che non colpiva gli uomini ma gli animali. Precisamente prese questo

microorganismo da animali ammalati (vacche da qui il nome di vaccino) lo inattivò e lo iniettò nei diversi

pazienti e li immunizzò. La prima vaccinazione quindi è attribuita a Jenner ma si parlava di variolizzazione

infatti nel 1017 il ministro cinese provocava un’immunizzazione contro il vaiolo utilizzando una polvere

ricavata dalle croste delle infezioni variolose. Questa polvere inalandola sollecitava il sistema immunitario a

produrre anticorpi contro questo microorganismo che causava la malattia. Nel 1765 altri scienziati inglesi

Fewster e Benjamin Jesty presero il virus bovino e lo iniettarono in alcuni pazienti per immunizzarli contro la

patologia umana però loro non pubblicarono queste loro ricerche perciò si attribuì il merito a Jenner nel

1798 e dopo circa 100 anni nel 1885 su queste basi, Pasteur fece i suoi esperimenti conto il virus della

rabbia per poter arrivare al vaccino contro la rabbia. Pasteur utilizzò il midollo di animali infettati che

conteneva l’agente causale della rabbia e lo trattò sia al calore che con altri metodi chimici per poter

inattivare il microorganismo della rabbia. Pasteur non sapeva ancora dell’esistenza dei virus ma sapeva che

nel midollo c’era qualcosa che causava la patologia. Fece questo esperimento iniettando questo midollo

completamente inattivato in animali sani e man mano gli stessi animali li iniettò con altri midolli in cui il

virus era sempre meno inattivato, quindi faceva delle iniezioni successive con il virus sempre più virulento

fino ad arrivare ad iniettare il midollo direttamente prelevato da un animale infetto, facendo in questo

modo vide che gli animali sopravvivevano e quindi adottò questo metodo su un ragazzo che era destinato

alla morte per il morso di un cane con la rabbia e vide che il ragazzo sopravvisse e in suo onore gli fu

costruito l’istituto Pasteur a Parigi. Da tutto questo si stavano mettendo le basi di quella che è la biogenesi e

in più , verso la fine del 17° secolo Robert Hooke osservando gli strati della corteccia iniziò ad individuare

quelle che lui chiamò celle o piccole stanze che erano le cellule vegetali della corteccia. Occorsero due secoli

prima che gli studiosi riuscissero ad andare al di là delle pure e semplici osservazioni e comprendessero la

reale importanza delle cellule e quella che noi oggi definiamo TEORIA CALLULARE. La teoria cellulare si basa

su dei postulati ovvero:

1. OGNI CELLULA VIVENTE E’ L’UNITA’ FUNZIONALE DELLA VITA (le reazioni chimiche di un organismo

vivente, compresi i meccanismi di liberazione di energia e le reazioni di biosintesi, hanno luogo dentro le

cellule)

2. LE CELLULE SONO LE UNITA’ STRUTTURALI DEGLI ORGANISMI VIVENTI (tutti gli organismi viventi

sono costituiti da una cellula (unicellulari) o più cellule(pluricellulari))

3. OGNI CELLULA DERIVA DA UN’ALTRA CELLULA PREESISTENTE (le cellule contengono le informazioni

ereditarie degli organismi di cui fanno parte, che passano dalla cellula madre alla cellula figlia)

A questi tre postulati nel 1880 Weismann aggiunse un importante corollario e cioè che tutte le cellule

viventi si originano da un antenato/progenitore comune ancestrale. Infatti si iniziò a parlare di quello che

noi oggi conosciamo come ALBERO FILOGENETICO. L’albero filogenetico è formato da due domini (gli

eucarioti; i procarioti) e sette regni (animali, funghi, piante, protisti e cromisti; batteri, archea). Studiando

quel che sono le sequenze del RNA ribosomiale 16S e 18S si arriva a fare un albero filogenetico.

NOZIONI CHE LA PROF DA PER SCONTATO: I ribosomi dei procarioti sono diversi da quelli degli eucarioti. I

ribosomi sono formati da RNA ribosomiale e da proteine. Oggi il regno delle Monere non esiste!!!!!!!!!

Gli RNA ribosomiali 16S e 18S sono diversi a seconda del filo cellulare che noi prendiamo in considerazione

quindi quello degli eucarioti sono diversi da quello dei batteri ma all’interno degli stessi domini i diversi

generi hanno sequenze 16S e 18S leggermente diverse e grazie a questo si è potuto fare degli alberi

filogenetici dove alla base dell’albero c’è quello che viene denominato LUCA (Last Universal Common

Ancestor che in italiano vuol dire progenitore ancestrale comune). L’opinione predominante che ha portato

alla vita è la teoria simbiontica che ha portato origine a quelli che sono gli eucarioti. Quindi partendo dal

progenota comune, separato spazialmente da altri progeniti, questi progenoti si sono evoluti

separatamente e diversamente anche perché si trovavano in ambienti differenti e a seconda dell’ambiente

in cui si sono ritrovati questi progenoti hanno dato origine a linee cellulari diverse. Quindi alcuni progenoti

hanno dato origine ai pre-archea, altri ai pre-batteri e c’era sempre questa separazione spaziale fino a

quando da questi pre-archea si sono originati i primi archea e poi i diversi fila degli archea; mentre dall’altro

lato il pre-batterio ha dato origine ai proto batteri che presentavano degli esteri in membrana. Dalla

simbiosi tra un proto batterio e un pre-archea si pensa che si sia originata una prima cellula pre-eucaria,

quindi un primo progenitore degli eucarioti e da questo si è originato una cellula eucariotica con un vero e

proprio nucleo (eucaria). Con un’altra fusione tra un proto batterio e un eucaria si è dato origine alla cellula

eucariotica con nucleo, mitocondri e diversi organelli. Questa cellula è entrata in simbiosi con un’altra

cellula proveniente dalla discendenza dei proto batteri, in particolare un'alga, dando origine alla linea che

ha portato all’origine delle piante acquatiche.

DIMOSTRAZIONE DELL’ORIGINE MICROBICA DELLE MALATTIE

Parliamo di Robert Koch che ipotizzò e confermò quella che oggi chiamiamo TEORIA MICROBICA cioè la

dimostrazione dell’eziologia microbica di molte patologie. Lui era un veterinario e la patologia più ricorrente

che decimava gli animali era il CARBONCHIO o ANTRACE dovuta a bacillus anthracis. L’obiettivo di Koch era

dimostrare che questi animali morivano perché venivano infettati da questo microorganismo particolare che

lui osservava tramite un microscopio, regalatogli dalla moglie. Lui riuscì a vedere che nel liquido proveniente

dall’occhio di un bue morto di antrace osservava questi microorganismi che oggi sappiamo essere proprio

così come ci appaiono al microscopio i bacillus anthracis. Per dimostrare che erano questi a causare la

malattia bastava isolare i microorganismi presenti nel liquido del bove morto. Per fare ciò esso si servì di

alcune sezioni di patate, sparse del liquido oculare sia di bove vivo sia di bove morto e identificò i

microorganismi che lui trovava solo nel liquido di animale morto. Prese quindi questi microorganismi e

grazie a delle schegge di legno sterilizzate li prelevava e li iniettava in topi o conigli sani e successivamente

essi dimostravano la stessa malattia che lui riscontrava nel bove. Quindi arrivò ad enunciare i quattro

postulati di Koch. Essi sono:

1. PER OGNI MALATTIA DEVE ESSERE PRESENTE UN MICROORGANISMO SPECIFICO (non essere

presente in altre malattie né in individui sani)

2. IL MICRORGANISMO SOSPETTO PUO’ ESSERE ISOLATO IN UNA COLTURA PURA, AL DI FUORI

DELL’OSPITE

3. IL MICRORGANISMO ISOLATO, QUANDO INOCULATO IN UN OSPITE SUSCETTIBILE, DEVE

RIPRODURRE SINTOMI UGUALI A QUELLI OSSERVATI NELL’OSPITE DA CUI E’ STATO ISOLATO

4. IL MICRORGANISMO PUO’ ESSERE ISOLATO IN UNA COLTURA PURA OTTENUTA DALL’OSPITE

INFETTATO SPERIMENTALMENTE

Koch non si preoccupava di tutto questo perché lui si occupava di patogeni che noi oggi chiamiamo franchi

ovvero quei patogeni, che se entrano in contatto, qualsiasi sia la carica microbica esso da origine alla

patologia. Mentre nella maggior parte dei microrganismi noi diciamo che possono essere potenziali

patogeni ovvero che dipendono da una serie di circostanze in base alle quali si può avere o non avere

l’insorgenza della malattia. Oggi noi sappiamo che molte patologie possono presentare un’eziologia multipla

ovvero la patologia può essere causata dal microrganismo ma il solo microrganismo non è sufficiente a

causare la malattia, ma ci devono essere altri determinanti, e non è vero che il microrganismo non si può

trovare in un microrganismo sano, quindi il primo postulato di Koch è vero ma fino ad un certo punto. Koch

inoltre perfezionò il lavoro di Joseph Lister che aveva dato inizio al processo di sterilizzazione degli strumenti

utilizzati in ambito sanitario. Lui dedusse che l’infezione che provocava la morte dei suoi pazienti non era

dovuta all’operazione stessa ma poteva essere dovuta agli strumenti che lui utilizzava dato che non erano

“puliti”, quindi non erano sterili. Lui iniziò a disinfettarli usando diverse sostanze chimiche come acido

carbonilico, calore, ecc. Fino ad ottenere una sopravvivenza post-operatoria molto più elevata di quando

non sterilizzava questi strumenti chirurgici. Collegandosi a questi lavori di sterilizzazione e collegandolo

anche al concetto di Koch che le patologie avevano un’eziologia microbica, Koch perfezionò il lavoro di

Listen e confrontò l’efficacia di diversi disinfettanti chimici nel tempo. Cioè i disinfettanti chimici presi in

considerazione da Koch avevano un’azione più repentina, quindi sterilizzavano prima e totalmente i microbi

sui diversi strumenti. Per fare questo prese dei fili di seta e delle schegge di legno, l’immerse in una coltura

di bacillus anthracis e li immerse in queste diverse soluzioni antisettiche e a diversi tempi prelevò questi fili

di seta e li piastrò su un terreno solido per vedere se si formassero delle colonie di microrganismi. Da tutti

questi studi quello che concluse fu che il cloruro di mercurio distruggeva le spore di antrace a

concentrazioni più diluite rispetto agli altri antisettici e in tempi più brevi rispetto agli altri antisettici.

Per poter identificare una struttura come cellula essa deve avere alcune componenti essenziali per

permetterne l’esistenza ovvero la membrana cellulare o citoplasmatica, il citoplasma, il materiale

genetico che è quello deputato a trasmettere informazioni alle cellule discendenti, i ribosomi

deputati alla traduzione quindi alla sintesi delle proteine e in più possiamo avere che molti

microrganismi possiedono uno strato esterno chiamato parete cellulare (struttura rigida che

conferisce protezione e forma della cellula). Questi microrganismi che possiedono la parete cellulare

sono i funghi, in molte alghe e in quasi tutti i batteri. Questa parete non è presente in molti protozoi

e a differenza delle piante e degli animali (che sono tutti pluricellulari) molti microrganismi sono

formati da una singola cellula e quindi li definiamo unicellulari. La maggior parte dei batteri e dei

protozoi sono unicel