Microbiologia

Microbiologia – primo semestre anno 2020/2021

01 Ottobre

La microbiologia di fatto è uno studio che abbraccia molti ambiti, in particolare la

microbiologia medica si occupa di studiare la relazione tra microrganismi (virus e batteri)

e patologia legate ad essi e dunque si occupa di studiare gli agenti eziologici.

La microbiologia medica si suddivide poi in sottogruppo in base all’organismo che causa

l’infezione

Batteriologia (batteri)

 Micologia (funghi o miceti)

 Parassitologia (protozoi o metazoi – organismi unicellulari e vermi)

 Virologia (virus)



In realtà la microbiologia dovrebbe escludere i virus perché di fatto si occupa di studiare

gli organismi ossia esseri viventi ma i virus non sono considerati degli esseri viventi e

dunque si dice solitamente microbiologia e virologia, ma per convenzione si fa

rientrare. La microbiologia medica è legata ad altre discipline legate in un qualche modo

con le malattie di infezione, e queste hanno dunque alla base dei concetti di microbiologia

medica.

La microbiologia studia di fatto gli organismi piccoli (esseri viventi) ma di fatto i

microrganismi sono unicellulari, invisibili ad occhio nudo, che a volte sono organizzati in

strutture pluricellulari ma che non hanno a che vedere con organizzazione in tessuti e

organi degli organismi più complessi. Mentre i virus non sono degli esseri viventi ma

sono entità biologiche subcellulari, parassiti endocellulari obbligati. Ossia non

sono in grado di duplicarsi e dunque hanno bisogno di un’altra cellula per potersi

duplicare ed è proprio tale cellula ospite che utilizzano e dentro la quale vivono e

sfruttano dunque per riprodursi. I microrganismi sono i primi organismi comparsi sulla

terra, circa 3 miliardi di anni fa. Ovviamente anche questi si sono evoluti poi ad esempio

sono nati i primi microorganismi che potevano produrre ossigeno così da arricchire

l’atmosfera e permettere tutta l’evoluzione degli organismi aerobi che poi ha portato alle

cellule eucariotiche e agli organismi superiori. La comparsa dei primi organismi eucarioti

datati circa a 1 miliardo e 300 milioni di anni fa.

La classificazione dei regni sulla base dell’organizzazione (cellulare e strutturale:

procarioti, eucarioti9 e nutrizione che permette di avere cinque regni

Monere (organismi procariotici unicellulari) batteri – riproduzione asessuata,

 

autotrofi o eterotrofi, chemiosintetici, cianobatteri i quali sono però fotosintetici

Protisti (eucariotiche, unicellulari) protozoi – riproduzione asessuata o sessuata,

 

eterotrofi o fototrofi 1

Funghi (eucariotici uni e pluricellulari) lieviti (unicellulari) e muffe (pluricellulari)

 

i quali non hanno distinzione tra organi e tessuti

Piante (eucariotici pluricellulari)

 Animale (eucariotici pluricellulari)



La scienza che classifica la nomenclatura degli organismi e la tassonomia che ne fa una

classificazione per affinità e dunque si ha una distinzione in

Regno Phylum Classe Ordine Famiglia Genere

→ → → → → → →

Specie

Scienza che studia la classificazione degli organismi, ossia il loro inserimento,

sulla base di determinate caratteristiche, in raggruppamenti omogenei (taxa),

nonché la loro denominazione (nomenclatura)

SPECIE organismi con uguali caratteristiche comuni

CEPPO popolazione microbica derivata da una singola cellula iniziale

Dunque da qui deduciamo che

Super regnoprocarioti Super regno procarioti

Regno monere Regno monere

Il nome di un microrganismo deve essere scritto correttamente e segue di fatto la

nomenclatura di Linneo dove ha due nomi di cui il primo riferito al genere e il secondo

alla specie, il nome si scrive sempre in corsivo, dove il nome del genere con lettere

maiuscola e quella della specie invece con lettera minuscola. La specie è attribuita

tramite caratteristiche comuni date per osservazione microscopica, per prove biochimiche

(metabolismo), e ultimamente si sono unite anche le caratteristiche genetiche e dunque

quanta similarità si ha dal punto di vista genetico.

CELLULA EUCARIOTICA E PROCARIOTICA

La differenza principale sta nella presenza o assenza di nucleo, di fatto i procarioti non

hanno il nucleo che è invece presente nella cellula eucariotica. Ma di fatto oltre al nucleo

la cellula eucariotica non ha nessun tipo di organello intracellulare, cosa invece che

caratterizza la cellula eucariotica. Dunque nella cellula procariotica ha una sola

membrana ossia quella esterna, infatti ha anche il suo materiale genetico riversato nel

citoplasma e il sito in cui si ha situato i ìl materiale genetico è detto nucleoide. La cellula

procariotica è aploide dunque con un solo corredo genetico, ha i ribosomi deputati alla

traduzione del RNA ma sono diversi da quelli eucariotici.

Una teoria spiega l’origine dell’eucariotiche dal procariote ed è la TEROIA

ENDOSIMBIONTE 2 Le prime cellule erano anaerobie

e procariotiche, non vivendo in

atmosfera con ossigeno, tale

teoria dice che dal

procariote ancestrale in seguito

ad endosimbiosi ossia

inserimento nella cellula di altre

cellule più piccole con

caratteristiche diverse si è

originata quella che è la cellula

che oggi conosciamo,

inglobando dunque cellule

per endosimbiosi che avevano funzioni diverse. Da tale simbiosi dunque si avevano solo

vantaggi per entrambe le parti.

A favore si ha anche una prova ossia che i nostri mitocondri hanno materiale

 genetico a sé stante e dei loro ribosomi e questi sono uguali a quelli dei batteri,

essendo di fatto batterio anaerobio inglobato da una cellula più grande.

EVOLUZIONE DELLA MICROBIOLOGIA

La nascita della microbiologia si può ricercare già all’epoca di Lucrezio, si è però imposto

come inizio quello che è stata l’evoluzione del primo microscopio fatto ad opera di un

mercante di tessuti (Antoni van Leeuwenhoek) con cui osservava le trame dei tessuti

ma con cui osservò anche ciò che di microscopico trovò sulla sua placca dentale, nella

quale osservò degli esseri viventi con apparente vita propria. Fu poi Spallanzani che

la vita genera altra

dedusse che vita ma che non nasce in maniera spontanea.

• Petri (1877) propone l’utilizzazione di terreni in piastre

• Gram (1884) sviluppa il suo metodo di colorazione dei batteri

• Chamberland (1884) inventore dell’autoclave - allestisce un filtro per batteri 

scoperta dei virus (Inizio Virologia) • Ivanowsky (1892) dimostra l’eziologia virale

del mosaico del tabacco

• Fine ’800 - primi ’900: identificazione di molti batteri e virus patogeni

• Alexander Fleming scopre la penicillina (1929)

• Scoperta dei sulfamidici (1935)

• Beadle e Tatum (1941) ipotesi un gene - un enzima

• Avery (1944) DNA depositario dell’informazione genetica

• Watson e Crick (1953) propongono la struttura a doppia elica del DNA

• Jacob e Monod (1961) propongono l’operone nella regolazione genica Evoluzione

della Microbiologia

Importanza della Microbiologia

• Alimenti tradizionali: pane, vino, formaggi, latte acido (yogurt)

• Agricoltura 3

• Salute dell’uomo, degli animali, delle piante, ecc.

• Sviluppo della Immunologia

• Genetica batterica ed Ingegneria genetica

• Evoluzione dell’uomo e degli animali (mortalità infantile da infezioni 25-50% nei

paesi sottosviluppati)

La microbiologia è importante perché di fatto noi ci serviamo dei microrganismi di

continuo. In questa due pilastri sono Pasteur il quale dimostra che la fermentazione

dell’acido lattico era dovuto ad un microrganismo ma confuta anche definitivamente la

generazione spontanea a e ideò numerosi vaccini. Altro pilastro è Koch il quale ha

elaborato i postulati di Koch e associa il microrganismo come causa eziologia di una

malattia di infezione, scoperto anche il bacillo dell’antrace, della tubercolosi (la quale è

la prima causa per malattia di infezione al mondo mentre la seconda è la

malaria) e mise in atto anche delle culture pure di un solo microrganismo.

Un serio ostacolo ora di trovare nuovi farmaci antimicrobici è legato al fatto che si ha un

forte problema di FARMACORESISTENZA che causa di fatto questo lento sviluppo in questa

direzione.

Dimensioni relative di vari microrganismi

Importante è l’ordine di grandezza dei vari microrganismi e dunque circa si ha che si basa

sul micron (10^ -6) per i microrganismi in generale, mentre i virus sono circa 10^ -9

dunque nell’ordine dei nanometri, dunque si parla di unità molto piccole. Poi ovviamente

alcuni microrganismi sono paragonabili alle cellule eucariotiche e o altrettanti virus

paragonabili alle cellule batteriche, ma questi sono di fatto eccezioni.

Per l’osservazione dei batteri è importantissima la colorazione, la quale viene applicata ai

microrganismi soprattutto i batteri per poterli osservare al microscopio. I batteri

solitamente vengono colorati una volta morti, sono specie basofile e dunque colorati con

coloranti basici, questo perché sul vetrino devono essere fissati e di fatto le cellule

batteriche vengono legate grazie al liquido applicato al vetrino e successivamente fissati

per lavorazioni ad alte temperature e dunque fissazione tramite calore. Ovviamente i

coloranti e le tempistiche possono essere diverse per poi poterli osservare. Al microscopio

si hanno due ingrandimenti quali uno all’obbiettivo e uno all’oculare, dove poi nel

microscopio ottico si ha massimo ingrandimento x1000, dove però per l’obiettivo x100 si

deve avere un accorgimento ossia utilizzare una goccia d’olio sul vetro che non fa perdere

informazioni.

Colorazione di gram

È una colorazione differenziale ossia in grado di distinguere due microrganismi ossia

gram postivi e gram negativi, si utilizzano due coloranti quali il cristal violetto o il

rosso. Questa colorazione è molto veloce e avviene una volta dopo averlo fatto fissare al

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vetrino e dunque si aggiunge il colorante, successivamente si aggiunge un mordente che

permette di fissare il colorante alle strutture batteriche, terzo passaggio che è quello

differenziale permette l’utilizzo di un alcool e si ha che i batteri gram positivi

rimangono colorati di viola ma quelli gram negativi diventano trasparenti. Allora si

utilizza il secondo colorante che ha il solo ruolo di colorare i batteri gram negativi che

erano diventati trasparenti e dunque non più visibili

Dunque i batteri gram postivi sono colorati di viola e quelli gram negativi di rosso.

Ma perché si ha tale differenza?

Tutto ciò sta nella struttura della parte batterica. Dalla colorazione dunque posso poi

analizzarli nelle loro strutture, posso poi analizzare anche le culture batteriche e ottengo

informazioni anche sulla forma assunta dall’intera popolazione.

LA CELLULA BATTERICA

Sono cellule procariotiche, le quali solitamente sono più piccole delle cellule eucariotiche,

ma questa regola può avere delle eccezioni. I batteri sono divisi in gruppi per

caratteristiche simile tra loro. I batteri sono classificati per GRAM ma anche per la forma e

aggregazione che hanno

Cocchi Ottetti o sarcine

 

Diplococchi

 Bacilli



Streptococchi

 Diplobacilli



Stafilococchi

 Vibrioni



Tetradi

 Spirilli



Ma di fatto ci possono essere anche delle vie intermedie quali coccobacilli, dunque sono

solo indicative queste classi altri di fatto non sono riconducibili ad una sola specie.

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La cellula procariotica batterica è di fatto l’unica ad essere di interesse medico, non hanno

organelli cellulari ossia neanche il nucleo e dunque il materiale genico (quale un

cromosoma circolare) è localizzato nel nuceloide ossia una zona del citoplasma

localizzata, hanno i ribosomi e possono avere dei granuli di riserva delle sostane

nutritive. Dal punto di vista strutturale tra gram postivi e negativi si hanno differenze solo

nella parete, nei gram positivi però si ha una struttura quale il mesosoma che è una

invaginazione della membrana citoplasmatica fondamentale nella duplicazione, la sua

funzione è ancorare il DNA e permettere la giusta suddivisione di questo nelle due cellule

figlie e questa però è assente nel batterio gram negativo. La vera differenza sta nella

parete dove nei gram postivi si ha uno spesso strato di peptidoglicano e altre strutture

che lo stabilizzano, invece nella parete dei batteri gram negativi si ha un sottile strato di

peptidoglicano e una membrana esterna supplementare e dunque proprio tale doppia

membrana causa una diversa colorazione nella colorazione di gram, perché di fatto

l’aggiunta di alcol disperde e disgrega tale seconda membrana e dunque scolora questi

batteri che permette una loro differenziazione. Entrambi possono avere degli organi di

locomozione quali flagelli e capsula (che è un ulteriore strato oltre alla parete che da

importanti funzioni) ma i gram negativi possono avere anche i pili che danno delle

funzioni aggiuntive.

Quindi strutturalmente si hanno delle componenti essenziali (parete, mesosoma,

nuceloide) e alcune aggiuntive (pili, flagelli, plasmidi, capsula) che se presenti donano

vantaggi alla cellula batterica e dunque sono più virulenti di altri che non hanno tali

componenti.

L’acqua è essenziale per le funzioni metaboliche dei batteri come gli altri essere viventi

ma anche per componenti strutturali, si hanno acidi nucleici con DNA e RNA, proteine,

zuccheri, lipidi ma di fatto lì90% della cellula è fatta da acqua.

RIBOSOMI

Complesso riboproteico ossia proteine e RNA ribosomiale e di fatto questi sono sia nelle

cellule eucariotiche che procariotiche ma di fatto hanno RNA e dimensioni diverse. La

dimensione dei ribosomi è 80S (60 + 40) negli eucarioti mentre 70S nei procarioti

(50+30), sono simili tra oro ma anche diversi che permettono ai farmaci di agire

selettivamente sull’unità maggiore o minore.

CROMOSOMA

Molecola singola di DNA circolare bicatenario complessato con poliamine, privo di

membrana nucleare e dunque riversato nel citoplasma tutto raggomitolato

MEMNRABA CITOPLASMATICA

Uguale a quella di una cellula con doppio strato fosfolipidico con code idrofobiche interne

e teste idrofile esterne, come qualsiasi altra membrana biologica segue il modello a

mosaico fluido di Nicholson e Singer costituiti dal 60% di proteine e 40% di lipidi, e una

piccola quantità di carboidrati, questa nei batteri è fondamentale perché tutte le funzioni

adibite agli organelli in una cellula eucariote sono svolte dalla membrana. Dunque di fatto

la membrana ha tali funzioni quali PROTEZIONE, FORMA, PROCESSO DI DIVISIONE:

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trattiene tutto il contenuto e non permette l’uscita del citoplasma e isola dunque

 tutto l’ambiente ex

extracellulare da quello intracellulare;

Sede dei citocromi e di generazione e accumulo della forza proton motrice;

 attraversare la membrana non è facile infatti la prima penicillina non era attiva ai

 gram negativi causa il fatto che hanno una doppia membrana e dunque questo

indica che è a anche un’ottima protezione;

sulla membrana si hanno proteine transmembrana che hanno funzione di sensori

 ma anche carrier e permettono dunque il passaggio da una parte all’altra della

cellula;

n avendo poi i mitocondri la produzione di energia è adibita a tali proteine nella

 membrana. Sono inoltre anche il sito di ancoraggio per strutture accessorie;

è anche la sede della biosintesi di strutture cellulari come la parete stessa prodotta

 dunque qui a livello di tali proteine;

interviene nella suddivisione delle due cellule figlie nella riproduzione.



Il passaggio attraverso la membrana può essere

Diffusione passiva: non ha dispendio energetico e avviene mediante un gradiente

e dunque da una zona a maggior concentrazione ad una a minor concentrazione 

differente gradiente

Diffusione facilitata: non consuma energia e avviene mediante proteine carrier

ossia che lasciano passare in maniera specifica delle sostanze

Trasporto attivo: consuma energia, utilizza proteine che mediano il passaggio e

affinchè avvenga il trasporto ci deve essere il consumo di una molecola di ATP

I micoplasmi non hanno la parete batterica e dunque hanno una forma sferica, di fatto la

forma del batterio dipende dalla parete dunque la sua assenza assume la forma più

comoda ossia quella sferica. La parete può anche essere persa e sono detti forma L e

questo però e porta ad un vantaggio al batterio perché di fatto li rende resistenti

all’utilizzo di farmaci che vano ad inibire la produzione della parete ma questi batteri la

possono perdere e dunque non muoiono se privati di questa.

In base alla struttura della parete i batteri si dividono in

Gram positivi

 Gram negativi

 Micobatteri



La parete batterica è costituita da peptidoglicano ossia il componente principale ma di

fatto non è costituita solo da questo ma ha anche altre componenti. Vediamo alcune

differenze tra la parete dei batteri gram positivi e gram negativi quali

Gram positivi: hanno altre strutture utili sono acidi teicoici e lipoteicoici costituiti

da polimeri di fosfato, glicerolo i quali possono avere una componente lipidica o meno la

quale serve per ancorare il peptidoglicano alla membrana (il quale costituisce un

grande strato) e dunque hanno una funzione importante per l’adesione della cellula

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batterica alla cellula dell’ospite. Di fatto questa adesione fa iniziare l’infezione ed è

permessa dal fatto che tali acidi attraversano la membrana e sporgono poi da questa.

Gram negativi: Lo spazio tra le due membrane citoplasmatiche nei gram negativi è

detto sazio periplasmatico nel quale si riversano molte proteine tra cui anche

quelle inattivanti dei