Microbiologia del Suolo - Appunti

Riassunto microbiologia del suolo

Microrganismo

Organismo vivente avente dimensioni tali da non poter essere visto ad occhio nudo (diametro dai 2 agli 0,1 micron) ma dal rapporto superficie/volume favorevole all’apporto di nutrienti. Sono metabolicamente e fisiologicamente molto flessibili, motivo per il quale sono cosmopoliti. Possono essere divisi in eucarioti (che hanno un involucro nucleare, dei domini: Protista e Fungi) e procarioti (che non hanno un involucro nucleare, dei domini: Archaea e Bacteria).

Cellula procariotica

Organismi unicellulari (al massimo coloniali) privi di ogni compartizione cellulare: il materiale genetico è disciolto nel nucleoide. Si riproducono per scissione binaria (o gemmazione) e sono stati i primi organismi viventi della storia della terra. Gli Archaea popolano gli ambienti più estremi (per temperatura, pH, salinità) sebbene si trovino ovunque, i Bacteria popolano solo gli ambienti più ospitali. Quest'ultimi si possono dividere in base alla forma in Bacilli (a bastoncino), Cocchi (a sfera), Vibrioni (a virgola), Spirilli (a spirale) e Spirochete (con più curve). I due domini si distinguono secondo le sequenze di DNA e RNA.

La cellula procariotica è sempre composta da:

• Parete, la quale protegge dagli eventuali danni meccanici od osmotici ma consente comunque alla cellula di interfacciarsi con l’esterno. La porosità, la rigidità e al contempo l’elasticità necessaria è da imputarsi ai legami crociati formati dagli strati di peptidoglicano (negli Archea, contenente pseudomureina) e due strati polisaccaridici.
• Membrana cellulare, composta da un doppio strato fosfolipidico (un gruppo fosforico idrofilo e gli acidi grassi fortemente idrofobi). Ha la funzione di barriera di passaggio per molecole polari presenti nel citoplasma, inoltre è sede dei processi di trasporto (passivo o attivo) e secrezione delle molecole, infine è sede dei processi di formazione e mantenimento dell’energia (catena di trasporto degli elettroni e fotosintesi nei mesosomi). I batteri Gram positivi presentano solo la membrana citoplasmatica, i Gram negativi possiedono inoltre una membrana esterna che presenta anche lipopolisaccaridi.
• Citoplasma, matrice liquida nella quale sono disciolte proteine, sostanze organiche e ioni; inoltre immersi nel citoplasma si trovano i ribosomi, il cromosoma batterico e varie inclusioni.
• Ribosomi, le strutture fondamentali per la sintesi proteica, composti a loro volta da una subunità di proteina e una di RNA. In unità Svedberg risultano più piccoli di quelli presenti nelle cellule eucariotiche (70S).
• Nucleoide, il materiale genetico contenuto nella cellula procariotica. Il cromosoma è composto da una singola molecola circolare di DNA a doppio filamento immerso nel citoplasma. Si possono anche trovare delle corte molecole di materiale genetico chiamate plasmidi.

Talvolta le cellule procariotiche possono presentare:

• Capsula batterica o strato mucoso, in genere composti da polisaccaridi, costituiscono l’interfaccia tra microrganismi ed ambiente; svolgono le funzioni di protezione dalla disidratazione, riserva nutritiva e sintesi di anticorpi.
• Flagello, permette mobilità attraverso un mezzo fluido per chemiotassi o fototassi.
• Pili, consentono alla cellula di aderire a superfici inerti e scambiare materiale genetico.
• Strati S, strati proteici o glicoproteici che ricoprono la superficie cellulare.

Riproduzione

I batteri si riproducono in maniere asessuata per scissione binaria o per gemmazione: il cromosoma batterico viene duplicato, la cellula si allunga, avviene la formazione di un setto trasverso in posizione centrale, si ha la suddivisione del cromosoma e del citoplasma. Un numero limitato di batteri Gram positivi può andare incontro alla sporulazione, un processo dove la cellula acquisisce una forma di resistenza e sopravvivenza a condizioni ambientali sfavorevoli entrando in uno stato di vita latente fino a quando non si saranno ristabilite le condizioni di normalità.

La cellula effettua una divisione asimmetrica che andrà ad incapsulare il materiale genetico all'interno della cellula, poi interrompe i processi metabolici disidratandosi e sintetizza nuovi strati di peptidoglicano e proteine (esosporio, tunica, cortex e core) acquisendo una maggior resistenza.

Il materiale genetico di un batterio può andare incontro a mutazioni, ovvero un cambiamento ereditabile nella sequenza delle basi azotate (eliminazione, sostituzione o aggiunta). Possono essere spontanee (provocate da fattori chimici endogeni e da errori nei processi che si attuano sul materiale genetico) o indotte (cioè apportate tramite particolari agenti fisici o chimici detti appunto agenti mutageni).

Inoltre i microrganismi sfruttano meccanismi parasessuali per lo scambio di materiale genetico:

• Trasformazione: Il batterio assorbe materiale genetico disciolto nell’ambiente extracellulare, derivante da cellule lisate.
• Trasduzione: Un batteriofago trasporta un frammento di DNA tra i batteri che lo ospitano, arricchendoli geneticamente.
• Coniugazione: Viene a formarsi un ponte tra due batteri tramite i pili, attraverso il quale si ha lo scambio di materiale genetico.

Nutrizione

Come ogni essere vivente, il batterio ha bisogno di una fonte di carbonio e di una fonte di energia, oltre a doversi approvvigionare di diversi nutrienti. I micronutrienti sono composti da ferro, zinco, rame e manganese. I macronutrienti sono:

• Acqua rappresentante l’80-90% del peso totale della cellula.
• Carbonio per la sintesi di composti organici (si distinguono organismi autotrofi se utilizzano carbonio inorganico, eterotrofi se assumono carbonio organico).
• Ossigeno, gli aerobi obbligati utilizzano l’ossigeno molecolare sia per la biosintesi sia come accettore finale della catena di trasporto degli elettroni, per gli anaerobi obbligati risulta tossico e quindi lo assorbono in forma combinata; esistono intermedi facoltativi o di tolleranza.
• Azoto per assemblare aminoacidi e quindi proteine (gli azotofissatori lo impiegano in forma elementare, gli altri lo assorbono sotto forma di ammoniaca o nitrato).
• Fosforo necessario per la sintesi di acidi nucleici, fosfolipidi ed ATP (viene generalmente assorbito come fosfato inorganico).
• Zolfo poiché è componente di alcuni aminoacidi (viene assorbito sotto forma di solfati e solfuri).
• Altri elementi (potassio, magnesio, calcio, sodio).

Inoltre i batteri si possono dividere in fototrofi se utilizzano la radiazione luminosa come fonte di energia, o chemiotrofi se invece impiegano l’energia derivante dall’ossidazione di composti chimici (ione ammonio, nitrito, solfati, idrogeno molecolare).

Metabolismo microbico

Consta della somma delle reazioni biochimiche di un microrganismo, che comprendono il catabolismo (decomposizione di molecole complesse con rilascio di energia) e anabolismo (sintesi di molecole complesse con consumo di energia). I microrganismi possono produrre energia attraverso tre metodi:

• Respirazione cellulare: Avviene principalmente in aerobiosi: il donatore di elettroni può essere rappresentato da sostanze sia organiche che inorganiche (idrogeno molecolare, nitriti, nitrati, composti dello zolfo, ferro ferroso, monossido di carbonio), mentre l’accettore è l’ossigeno molecolare. Si ha la completa demolizione del substrato che generalmente viene convertito in glucosio il quale passa per glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa, fino a giungere alla produzione di H₂O e CO₂. È il processo con la maggior produzione di energia (38 ATP). La respirazione può avvenire anche in anaerobiosi (con resa inferiore) come nella denitrificazione, nella solforiduzione o nella metanogenesi; la materia organica funge da donatore, come accettore si ha rispettivamente solfuro, nitrato ed anidride carbonica.
• Fermentazione: Viene effettuata da microrganismi anaerobi obbligati o facoltativi. Si ha la produzione di energia senza la demolizione completa del substrato (si hanno residui di zuccheri, aminoacidi, acidi organici); la materia organica costituisce...