Microbiologia batteri

Microbiologia

La microbiologia è la scienza che si occupa dello studio di microrganismi. Si definiscono microrganismi tutti gli esseri unicellulari. Alcuni possono formare aggregati multicellulari, nei quali però le singole cellule sono tutte equivalenti ed in grado di riprodursi autonomamente.

Eucarioti e procarioti

Alcuni microrganismi sono caratterizzati da un compartimento nucleare ben definito, circondato dall’involucro nucleare, e da altre compartimentalizzazioni delimitate da strutture membranose. La maggior parte di essi sono i batteri; sono procarioti e non hanno quindi un compartimento nucleare e altri organelli intracellulari, e sono di dimensioni inferiori.

L'albero filogenetico

L'albero filogenetico universale degli esseri viventi mostra la presenza di 3 grandi domini: Archea, Bacteria e Eucarya.

Microrganismi patogeni

Alcuni microrganismi sono in grado di moltiplicarsi in seno ai tessuti di organismi pluricellulari (animali o vegetali) provocando diversi processi morbosi: sono definiti microrganismi patogeni. Tra i microrganismi patogeni per l’uomo, i più numerosi appartengono al gruppo dei Batteri, ma ci sono anche i Protozoi ed i Miceti.

Virologia

La microbiologia comprende anche la "virologia", che si occupa dello studio dei virus, capaci di esprimere il proprio potenziale biosintetico solo se inserite nei circuiti metabolici di una cellula.

Infezioni

Le malattie sostenute da microrganismi, virus o parassiti metazoi (elementi tissutali) prendono il nome di malattie da infezione. Le malattie da infezione o da infestazione possono talora presentare quadri clinici omologabili a prescindere dall’agente eziologico. Viceversa, lo stesso agente può essere causa di processi morbosi clinicamente anche molto differenti in funzione delle sue diverse, possibili localizzazioni.

Infezioni endogene

Le malattie da infezione endogena sono quelle causate da un microrganismo che si trova già all’interno del corpo, e trovano la loro causa:

• Nell’abnorme espansione numerica di una o più specie presenti nella popolazione microbica normale di un distretto dell’organismo;
• Nel trasferimento di microrganismi presenti nella popolazione microbica normale di un distretto dell’organismo in altre sedi o distretti, dello stesso organismo, diversi da quelli normalmente colonizzati.

Infezioni esogene

Le malattie da infezione esogena sono causate dall’arrivo nell’organismo di un microrganismo o virus patogeno proveniente da una sorgente esterna, rappresentata da:

• Materiali inanimati
• Animali infetti (zoonosi)
• Altri esseri umani infetti (malattie infettive o contagiose)

Farmaci antimicrobici e antivirali

La maggiore disponibilità di farmaci efficaci e ben tollerati si ha nei confronti dei batteri, dato che essi si discostano in varie strutture e funzioni dalla cellula dell’organismo, consentendo l’individuazione di bersagli per l’azione di farmaci con azione antibatterica elettiva. I margini di tollerabilità sono molto più esigui per i farmaci antivirali, dato che i virus si replicano integrandosi nei circuiti metabolici cellulari, sicché risulta facile comprendere come sia esiguo il margine di azione per un farmaco che intenda interferire con la replicazione di un virus senza ledere al tempo stesso il metabolismo cellulare.

Batteri

La cellula batterica è una cellula procariotica, di piccole dimensioni, che ha delle sue caratteristiche morfologiche, metaboliche, genetiche e antigeniche.

Morfologia

• Cocchi: forma sferica (diplococchi se sono raggruppati a 2, streptococchi se sono a catenella, stafilococchi se sono a grappolo)
• Bacilli: forma allungata, a bastoncello. Se particolarmente corti sono detti cocco-bacilli, se presentano le estremità assottigliate sono detti fusiformi. Tra i bacilli, gli aggruppamenti sono quelli a diplobacillo ed a streptobacillo.
• Vibrioni: forma a virgola
• Spirilli: forma più estesa
• Spirochete: forma affusolata (sfilide, leptospire)
• Altri tipi di batteri hanno una forma a sé, tipo i mycobacterium.

Le differenze morfologiche sono dettate da quelle che sono le differenze strutturali e quelle che hanno a che fare con la sintesi degli elementi che caratterizzano gli involucri esterni delle cellule procariotiche. I batteri o procarioti sono chemiosintetici, fotoeterotrofi o fotoautotrofi, unicellulari, con riproduzione asessuata mediante scissione binaria.

Struttura

I batteri sono caratterizzati da piccole dimensioni e dall’assenza di compartimenti intracellulari, separati da membrane. La struttura cromosomica è estremamente semplice ed è immersa direttamente nel citoplasma. Questo è delimitato da una membrana citoplasmatica dalla quale si dipartono, verso l’interno, una serie di complicate invaginazioni che formano il sistema di mesosomi (partecipano alla respirazione cellulare). Il tutto è racchiuso in un contenitore rigido cellulare, che ne condiziona la forma, il sacculo/parete circondato, a volte, da uno spesso strato mucoso che viene denominato capsula (abbiamo differenze nella parete cellulare tra i Gram+ e i Gram-). In alcune specie batteriche, la cellula è provvista di sottili appendici libere, costituite dai flagelli, che sono lo strumento della locomozione batterica, e dai pili/fimbrie.

Altra caratteristica fondamentale è la mancanza di mitocondri, strutture fondamentali della cellula che presiedono la respirazione cellulare, e di organelli come l’Apparato di Golgi. Sono presenti però i ribosomi, sede della sintesi proteica e con differenze che sono alla base della selettiva azione antibatterica di alcuni antibiotici che agiscono legandosi ad essi; hanno differenti coefficienti di sedimentazione.

Le membrane dei batteri sono molto simili a quelle delle cellule eucariotiche; il modello infatti è quello classico, a mosaico fluido, quindi sono membrane formate da un doppio strato fosfolipidico in cui sono presenti numerose proteine con varie funzioni, di norma, non glicosilate (a differenza delle cellule eucariotiche). Componente fondamentale nella parete cellulare è il peptidoglicano.

Membrana plasmatica

La membrana plasmatica ha diverse funzioni:

• Permeabilità selettiva e trasporto di soluti;
• Trasporto di elettroni, fosforilazione ossidativa ed altri enzimi e vettori della catena respiratoria;
• Escrezione di enzimi idrolitici;
• Supporto per gli enzimi e per le molecole trasportatrici che agiscono in processi biosintetici come la sintesi del DNA, dei polimeri, della parete cellulare e dei lipidi della membrana citoplasmatica;
• Supporto per specifici recettori del sistema chemiotattico ed altri sensori di traduzione.

Il peptidoglicano è costituito dalla ripetizione di un’unità strutturale, formata da due carboidrati azotati: la N-acetilglucosamina e l’acido muramico. Sono legati in modo tale da formare lunghe macromolecole lineari; i diversi polimeri sono poi collegati trasversalmente tra di loro, formando una rigida struttura che avvolge interamente la cellula batterica. La composizione del peptidoglicano può presentare una certa variabilità tra specie batteriche diverse, con conseguenti risvolti tassonomici.

(I legami si formano mediante reazione di TRANSPEPTIDAZIONE, realizzata da enzimi quali le TRANSPEPTIDASI, CARBOSSIPEPTIDASI, TRANSGLICOSIDASI, ENDOPEPTIDASI. Questi enzimi sono definiti “proteine leganti la penicillina”. Infatti sono i bersagli di tutti gli antibiotici -β lattamici, poiché la penicillina, legandosi, blocca la loro attività.)

Colorazione Gram

L’osservazione microscopia viene condotta nei confronti dei batteri colorati con varie metodiche. Le colorazioni semplici sono quelle che si eseguono mettendo a contatto un unico colorante con i batteri ed hanno lo scopo di agevolare le rilevazioni morfologiche. Le colorazioni differenziali presuppongono invece l’impiego di più coloranti, usati in tempi successivi, e consentono di individuare particolari strutture intracellulari. Il più importante metodo di colorazione differenziale è rappresentato dal metodo di colorazione di Gram.

Supponiamo di avere due preparati differenti contenenti uno cocchi e l’altro bacilli. Si supponga di colorare con un violetto il quale penetra all’interno delle cellule (perché il colore è solubile...