Microbiologia agraria - Appunti

CELLULA EUCARIOTE CELLULA PROCARIOTE

- Piccole dimensioni. - Dimensioni maggiori.

- Struttura semplice. - Struttura complessa.

- Senza nucleo, solo nucleoide. - Nucleo delimitato da membrana.

- Assenza di organuli, solo ribosomi. - Organelli interni e complessi.

- Riproduzione asessuata o agamica (scissione - Differente organizzazione genomica.

binaria). - Riproduzione asessuata e sessuata.

- cellula policistronica in grado di trascrivere - Cellula monocistronica, trascrive un gene

più geni sullo stesso mRNA. alla volta.

ORIGINE

- 3,5 mrd di anni fa: procarioti fotosintetici non ossigenici: usano e liberano S.

- 2,5 mrd di anni fa: cianobatteri fotosintetici ossigenici: nasce il mondo aeroba.

- 2,3 mrd di anni da: batteri aerobi.

- 2 mrd di anni fa: eucarioti unicellulari.

- 1 mrd di anni fa: eucarioti pluricellulari.

SCOPERTE LEGATE AI M.O.

1- I batteri hanno inventato la fotosintesi: energia dalla luce solare.

6CO + 12H S = C H O + 12 + 6H O

2 2 6 12 6 S 2

2- Scindendo la molecola dell’acqua con la fotosintesi e liberando così ossigeno hanno contribuito a

creare l’aria che respiriamo (ciano batteri).

6CO + 6H O + 686Kcal/mole = C H O + 6O

2 2 6 12 6 2

3- Con i gusci calcarei hanno formato molte terre emerse.

4- Hanno inventato la riproduzione sessuale.

5- Organismi unicellulari hanno imparato a vivere in simbiosi, contribuendo alla nascita di organismi

pluricellulari.

CLASSIFICAZIONE E NOMENCLATURA

Per identificare un m.o. si usa la nomenclatura binomiale di Linneo (XVII sec). Si basa sul concetto di

specie come insieme di individui con molti caratteri simili e somiglianze anatomiche e morfologiche; questi

caratteri li differenziano da altre specie.

Per prima cosa si identificano le specie (tassonomia).

Dominio Regno Phylum Classe Ordine Famiglia Genere Specie

Si usano due termini latinizzati:

Homo sapiens: in cui Homo indica il genere (maiuscolo corsivo) e sapiens è la specie (corsivo minuscolo).

I livelli superiori (famiglia, ordine ecc) vanno in maiuscolo, ma non in corsivo.

ECOLOGIA MICROBICA

- Cellula: unità fondamentale della vita.

- Popolazione: gruppi di cellula che derivano da una cellula unica per divisioni successive.

- Comunità microbiche: insieme di più popolazioni cellulari in associazioni.

- Habitat: ambiente fisico-chimico dove vive la popolazione.

- Ecosistema: habitat + organismo vivente.

INTERAZIONE M.O. - M.O. POSITIVA

MUTUALISMO o SIMBIOSI MUTUALISTICA

Associazione tra due popolazioni microbiche in cui entrambe hanno vantaggi.

Es. due colture auxotrofe (m.o. manifestano un bisogno nutrizionale attraverso mutazioni genetiche come

perdita sintesi AA) che hanno perso la proprietà di creare un AA, ma sanno produrre l’AA di cui l’altro

necessita. Se i due tipi vengono coltivati assieme in un terreno senza i due AA, crescono entrambi: se

vengono coltivati separatamente non crescono.

PROTOCOOPERAZIONE

Positiva detta sinergismo, associazione occasionale di m.o. con vantaggi per entrambi.

Es. sintrofia: due m.o. degradano assieme, ricevendo energia, composti che separatamente non sarebbero in

grado di usare.

COMMENSALISMO

Vantaggi solo per uno e l’altro è indifferente.

Es. un batterio anaerobio obbligato vive con un anaerobio facoltativo che sottrae ossigeno all’ambiente

quindi il primo riesce a vivere.

Es. una popolazione microbica converte un substrato in metaboliti che la seconda può utilizzare

(cometabolismo).

INTERAZIONE M.O. - M.O. NEGATIVA

COMPETIZIONE

Diffusa e incide sull’evoluzione delle comunità microbiche. Si stabilisce tra due popolazioni che si

contendono i mezzi vitali (substrato, acqua, luce, etc.). Fattori che incidono sulla capacità competitiva:

- Velocità di crescita.

- Tolleranza a parametri ambientali critici.

- Capacità di crescita con basse concentrazioni di nutrienti.

- Capacità di immagazzinare sostanze di riserva (granuli d’inclusione).

Es. E. coli e S. aureus per il carbonio. Prevale l’E. coli perché genera più velocemente.

ANTAGONISMO

Rapporto tra due popolazioni quando una delle due secerne composti che esercitano una repressione nei

confronti dell’altra popolazione. Composti sono antibiotici, sostanze tossiche, batteriocine (inibiscono la

crescita o distruggono le membrane).

PARASSITISMO

Interazione tra due m.o. o popolazioni di cui uno di avvantaggia nutrendosi di cellule, tessuti, o sostanza

organica dell’altro organismo (ospite).

- Ectoparassiti: vivono all’esterno.

- Endoparassiti: vivono all’interno dell’ospite.

- Parassiti obbligati: tutta o parte della vita vivono come parassiti.

- Parassiti facoltativi: non sempre parassiti.

Es. Bdellovibrio: per vivere deve parassitare: si attacca alla cellula, la penetra e perde il flagello, cresce tra

parete e membrana e assume una forma elicoidale. Scissione e rottura della parete.

PREDAZIONE

M.o. predatore che si nutre di un altro m.o. (preda). I più frequenti casi sono i predatori protozoi (amebe) che

si nutrono di batteri con la fagocitosi (estroflessioni della membrana) tramite pseudopodi (estroflessioni).

INTERAZIONI M.O. - PIANTA POSITIVE

LICHENI

Interazione simbiotica tra un fungo (eucariota eterotrofico) e un’alga (procariota autotrofo) o un

cianobatterio. L’alga è fototrofa e produce materia organica usata dal fungo e questo dà un ancoraggio

all’alga e la protegge con composti organici (acidi lichenici) che favorisce la solubilizzazione dei nutrienti

necessari all’alga.

MICORRIZE

“Fungo della radice”: simbiosi tra le radici delle piante e i funghi.

- Ectomicorrize: esterne intorno alla radice.

- Endomicorrizze: micelio del fungo penetra all’interno della radice.

Pianta si vede migliorato l’assorbimento dei nutrienti grazie al micelio del fungo e diventa più competitivo. Il

fungo viene rifornito costantemente.

NODULI RADICALI

INTERAZIONI M.O. - PIANTA NEGATIVE

MALATTIE

Es. Agrobacterium tumefaciensis

INTERAZIONI M.O. - UOMO

Sia all’interno che all’esterno del nostro organismo crescono numerosi m.o.

- Flora normale: privi di effetti dannosi.

- Patogeni: danni all’ospite, più o meno virulenti. Virulenza: misura della patogenicità del m.o. da cui

dipende l’esito dell’interazione.

VIRULENZA

Capacità relativa al m.o. di provocare una malattia: grado di patogenicità.

Determinazione quantitativa della virulenza

- LD (dose letale 50): dose necessaria perché un agente uccida il 50% della popolazione saggiata.

50

Alcuni ceppi patogeni mostrano poca differenza tra cellule richieste per uccidere il 50% o il 100% .

più la dose letale è bassa, più il m.o. è virulento.

La virulenza è determinata dalla:

- Tossicità: capacità di svolgere il ruolo patogeno producendo tossine che inibiscono funzioni o

uccidono.

Endotossine: parete ha molecole ad azione tossica (Salmonella).

o Esotossine: prodotte e espulse.

o

- Invasività: capacità di proliferare nei tessuti fino a raggiungere cariche elevate tali da inibire le

funzioni dell’ospite.

DOVE TROVARE M.O.

Sono ubiquitari quindi si trovano ovunque nel suolo, nell’acqua, nell’aria, nei vegetali, negli animali e

nell’uomo. Si trovano anche negli ambienti più ostili (microbi estremofili), in fondo agli oceani, acque

bollenti, dentro le rocce, nel terreno ghiacciato (permafrost), ambienti acidi. Archea sono i più estremofili.

SUOLO

Serbatoio di m.o. per quantità e qualità (importante ecosistema).

CLASSIFICAZIONE

- Nutrizionale (fonte di energia)

Eterotrofi: usano il C organico.

o Autotrofi: usano sostanza inorganiche.

o Fotoautotrofi: energia luminosa.

 Chemioautotrofi: ossidano sostanze inorganiche.



- Funzionale ed ecologica (sostanze utilizzate e reazioni a cui partecipano).

Batteri nitrificanti: processo ossidativo, riducono lo ione ammonio, prima in nitrito e poi in

o nitrato così che la pianta possa assimilarlo.

Batteri proteolitici: liberano l’azoto proteico.

o Batteri decompositori: demoliscono la sostanza organica in composti minerali inorganici

o (mineralizzazione).

DISTRIBUZIONE

Attività metabolica è maggiore in superficie (molte sostanze organiche), vicino alle radici. Maggior parte dei

m.o. che stanno in superficie sono racchiuse in un biofilm che permette l’adesione alle superfici che

trattengono i nutrienti necessari all’adesione.

CICLI BIOGEOCHIMICI

I m.o. hanno un ruolo cruciale nei cicli biogeochimici: percorso che effettuano gli elementi (C, N, P, S, Fe) e

i rispettivi composti chimici passando dalla materia vivente a quella inorganica. I batteri e i funghi sono gli

unici che mineralizzano (da organico a inorganico).

I m.o. per molti elementi sono i soli agenti biologici capaci di rigenerare forme utilizzabili da altri organismi

in particolare dalle piante.

- Ciclo del C: il ruolo dei m.o. è quello di: Fissare la CO con la fotosintesi in modo che il

o 2

C organico diventi costituente delle cellule

batteriche o si accumuli come sostanza organica

nel suolo (Ciclo di Calvin).

Mineralizzano il C organico e rigenerano la

o CO (m.o. decompositori).

2

Produrre CH degradando sostanza organica in

o 4

ambiente privo di O .Metano poi si ossida in CO

2 2

con un intermedio a CO (batteri metanogeni).

- Ciclo del N: ad eccezione di particolari batteri (azotofissatori), l’N atmosferico non può essere

direttamente assorbito dagli organismi. Il ruolo dei m.o. è:

Produrre ammonio degradando sostanza

o organica dai decompositori o da fissazione dell’N

atmosferico grazie agli azotofissatori.

Convertire lo ione ammonio in nitrito e nitrato

o dai batteri nitrificanti (Nitrosomonas e

Nitrobacter). Batteri denitrificanti (Bacillus e

Pseudomonas) che trasformano il nitrato in

assenza di ossigeno in N (respirazione a nitrato)

causano perdita di riserve di N nel terreno.

- Ciclo del P: P nel terreno deriva dalla degradazione (chimico-fisica) di rocce ricche di P (rocce

fosfatiche) di apatite (Ca(PO )3F) e altri minerali. Il P, raggiunto il suolo sottoforma di ioni fosfato

4

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(PO ) che sono chimicamente stabili, sedimenta e viene organicato dalle piante.

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- Ciclo dello S: ione solfato (SO ) è la forma assorbita dalle piante e dai batteri che lo usano per gli

AA e altre molecole. S una volta organicato, torna al suolo con le demolizioni metaboliche o morte

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degli organismi. Tiocomposti sono degradati da m.o. aerobi e anaerobi fino a SO (primo caso) o a

H S (secondo caso). Acido solfidrico è tossico per molti viventi: dopo la decomposizione dei

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tiocomposti intervengono altri m.o.