Microbiologia generale, Microbiologia

Microbiologia  

Branca  della  biologia  che  studia  i  microorganismi,  ovvero  quegli  esseri  viventi  le  

cui  dimensioni  sono  nell’ordine  di  grandezza  dei  micrometri.  

Se  ne  studia  quindi:  

-­‐ forma  e  struttura  

-­‐ fisiologia  

-­‐ come  identificarli  

-­‐ rapporti  che  hanno  con  gli  altri  organismi  viventi  

Cenni  storici  

Leeuwenhoek  utilizza  un  microscopio  di  sua  invenzione  e  scopre  l’esistenza  dei  

microorganismi,  che  descrive  morfologicamente;  non  ebbe  credito  

Spallanzani  fu  il  primo  a  confutare  la  teoria  della  generazione  spontanea,  

secondo  la  quale  i  microorganismi  si  genererebbero  autonomamente  grazie  ai  

loro  influssi  vitali.  Chiuse  del  brodo  di  carne  in  un  contenitore  stagno  e  dimostrò  

che  non  si  generava  alcun  organismo.  

Pasteur  pose  fine  alla  controversia  sulla  generazione  spontanea,  dimostrando  

che  i  microorganismi  non  si  possono  generare  spontaneamente  se  posti  in  

ambiente  sterile  e  al  riparo  da  contaminazioni.  È  considerato  il  padre  della  

microbiologia.  

I  viventi  sono  generati  dai  viventi;  l’ossigeno  nell’esperimento  di  Pasteur  

permette  la  generazione  di  un  deposito  di  microorganismi.  

Verso  la  fine  del  1800,  Robert  Koch  elabora  il  concetto  di  coltura  pura  e  scopre  

l’agar,  terreno  di  coltura  migliore  rispetto  alla  gelatina,  poiché  ha  punto  di  

fusione  più  alto  e  non  è  degradato  dai  batteri.  La  coltura  pura  o  axenica  è  una  

popolazione  di  organismi  ottenuta  tramite  derivazione  da  un  unico  organismo  

vivente  iniziale;  è  molto  utile  in  microbiologia  perché  permette  di  isolare  un  

singolo  ceppo  microbico  da  miscele  di  organismi  differenti.  

Come  si  ottiene  una  coltura  pura:  

-­‐ si  dispongono  le  cellule  della  miscela  microbica  in  un  terreno  di  coltura,  

separando  così  cellule  diverse  le  une  dalle  altre;  dopo  un  periodo  

d’incubazione,  si  otterranno  diverse  colonie  provenienti  da  una  sola  

cellula  di  origine,  quindi  ogni  colonia  conterrà  cellule  uguali  tra  loro.  Si  

preleva  quindi,  la  colonia/e  di  interesse  e  la  si  pone  in  un  altro  terreno  di  

coltura  e,  dopo  un  periodo  di  incubazione,  si  otterrà  la  coltura  pura,  cioè  

una  colonia  di  cellule  tutte  uguali  provenienti  da  un  solo  particolare  

microorganismo.  

Robert  Koch  scopre  il  batterio  responsabile  della  tubercolosi  Mycobacterium  

Tuberculosis,  malattia  molto  diffusa  all’epoca  e  stila  i  postulati  di  Koch,  ancora  

oggi  utilizzati  per  stabilire  se  una  malattia  è  causata  da  un  determinato  

microorganismo.  

I  postulati:  

-­‐ il  microorganismo  deve  essere  presente  in  ogni  individuo  che  ha  

contratto  la  malattia  studiata  

-­‐ deve  essere  possibile  isolarlo  e  coltivarlo  in  colture  artificiali  

-­‐ se  reinoculato  in  un  organismo  sano,  deve  riprodurre  la  malattia  

-­‐ deve  essere  possibile  isolare  nuovamente  il  microorganismo  e  deve  

essere  uguale  a  quello  isolato  in  precedenza.  

Branche  della  microbiologia  

-­‐ virologia:  studia  i  virus  

-­‐ batteriologia:  studia  i  batteri  e  gli  archea  

inoltre  esistono  branche  che  studiano  aspetti  della  vita  microbica:  

-­‐ fisiologia  microbica:  studio  del  funzionamento  della  cellula  microbica,  

includendo  crescita,  metabolismo  e  struttura.  

-­‐ Genetica  microbica:  studia  come  sono  correlati  i  geni  delle  cellule  

microbiche  con  le  varie  funzioni  della  cellula,  come  sono  organizzati  e  

regolati.  

-­‐ Microbiologia  evoluzionistica:  studia  l’evoluzione  dei  microorganismi,  

include  tassonomia  e  sistematica  batterica.  

Cosa  sono  i  microorganismi  

Sono  esseri  viventi  invisibili  ad  occhio  nudo,  appartenenti  all’ordine  di  grandezza  

dei  micrometri  (10-­‐6  m).  Appartengono  a  diversi  regni  e  sono:  

-­‐ batteri  

-­‐ funghi  

-­‐ alghe  (  dominio  degli  eucarioti,  appartengono  al  regno  dei  protozoi)  

-­‐ protozoi  

-­‐ virus  (non  appartengono  a  nessun  regno)  

Dove  si  collocano  tra  i  regni  viventi    

secondo  Whittaker  esistono  5  regni:  

-­‐ animalia,  eucarioti  pluricellulari  

-­‐ fungi,  eucarioti  unicellulari  (muffe)  e  pluricellulari  (funghi  e  lieviti)  

-­‐ plantae,  eucarioti  pluricellulari  

-­‐ protista,  eucarioti  unicellulari  (alghe  e  protozoi)  

-­‐ monera,  procarioti  unicellulari  (batteri,  cianobatteri,  archeobatteri)  

questa  classificazione  si  basa  su  tre  tipi  di  considerazione,  ovvero  tipo  di  cellula,  

organizzazione  cellulare  (unicellulare  o  pluricellulare),  tipo  di  nutrizione  

(ingestione,  assimilazione,  fotosintesi).  

Secondo  Woese  invece,  esistono  3  domini:  

-­‐ eukarya  (che  contengono  i  funghi  e  i  protozoi  come  le  alghe)  

-­‐ bacteria  

-­‐ archaea    

Cenni  descrittivi  sui  microorganismi  

Protozoi:  organismi  eucariotici  pluricellulari,  considerati  le  prime  forme  di  vita  

animale  apparse  sul  pianeta  terra;  possono  presentarsi  come  colonie  di  singoli  

individui.  Sono  eterotrofi  (traggono  il  nutrimento  da  fonti  esterne)  e  si  

riproducono  per  via  agamica  (via  asessuata).  

Alghe:  organismi  eucariotici  unicellulari  o  pseudopluricellulari,  contengono  

clorofilla  e  sono  autotrofi;  si  riproducono  principalmente  per  via  agamica  e  le  

forme  di  alghe  acquatiche  costituiscono  il  fitoplancton.  

Lieviti:  organismi  eucariotici  unicellulari,  appartengono  al  regno  dei  funghi.  Sono  

eterotrofi,  si  riproducono  per  via  agamica  tramite  gemmazione  (formazione  di  

una  protuberanza  su  un’estremità  della  cellula,  dove  si  situa  il  nucleo  per  poi  

distaccarsi)  e  sono  i  principali  responsabili  delle  fermentazioni.  

Muffe:  organismi  eucariotici  pseudopluricellulari,  appartengono  anch’esse  al  

regno  dei  funghi;  sono  organismi  eterotrofi  e  saprofiti  (si  nutrono  di  materia  

organica  morta  o  in  decomposizione),  si  riproducono  per  via  agamica  e  per  via  

gamica  tramite  spore,  sono  in  grado  di  degradare  sostanze  complesse  come  

lignina  e  cellulosa.  

Batteri:  organismi  procarioti  unicellulari,  traggono  energia  sia  da  materia  

organica  che  inorganica  (eterotrofi  quindi)  e  alcuni  sono  fotosintetici;  si  

riproducono  per  via  agamica  tramite  scissione  binaria  (replicazione  di  DNA,  

scissione  in  due  parti  uguali  distinte  della  cellula  madre).  

Virus:  sono  esseri  acellulari,  in  quanto  formati  solo  da  una  parte  proteica  che  

racchiude  acido  nucleico;  vivono  all’interno  di  cellule  procariotiche  ed  

eucariotiche,  nei  confronti  delle  quali  sono  parassiti  e  si  replicano  a  spese  loro.  

Riassumendo:  

-­‐ i  microorganismi  sono  essenzialmente  esseri  unicellulari,  tranne  le  muffe  

e  i  virus  (acellulari)  

-­‐ ogni  cellula  microbica  è  in  grado  di  crescere,  riprodursi  ed  effettuare  il  

metabolismo  indipendentemente  da  altre  cellule,  sia  diverse  che  dello  

stipo,  a  differenza  di  quelle  vegetali  e  animali  che  invece  non  sono  in  

grado  di  vivere  in  natura  indipendentemente.  

-­‐ I  microorganismi  possono  essere  costituiti  da  cellule  eucariotiche  o  

procariotiche.  

Caratteristiche  dei  microorganismi  

1  Metabolismo  

la  cellula  microbica  trae  nutrimento  dall’esterno,  li  trasforma  al  suo  interno  

tramite  reazioni  chimiche  ed  espelle  gli  scarti  del  metabolismo  nell’ambiente  

esterno;  la  cellula  si  definisce  infatti  un  sistema  aperto.  

2  Riproduzione  

il  nutrimento  è  utilizzato  anche  per  la  riproduzione  cellulare,  da  parte  di  cellule  

preesistenti.  

3  Differenziazione  

formazione  di  strutture  cellulari  particolari  durante  il  ciclo  di  vita  cellulare,  come  

ad  esempio  le  spore.  

4  Comunicazione  

le  cellule  microbiche  comunicano  prevalentemente  per  mezzo  di  composti  

chimici  rilasciati  e  assimilati  tra  di  loro.  

5  Movimento  

alcuni  tipi  di  microorganismi  sono  in  grado  di  muoversi,  attraverso  particolari  

strutture.  

6  Evoluzione  

le  cellule  microbiche  evolvono  evidenziando  nuove  proprietà  biologiche;  gli  

alberi  filogenetici  delle  cellule,  mostrano  le  relazioni  che  intercorrono  tra  di  esse  

durante  l’evoluzione.  

i  microorganismi  possono  essere  costituiti  da  due  tipi  cellule  

la  cellula  eucariote  è  più  complessa  rispetto  alla  procariote,  oltre  ad  avere  

maggiori  dimensioni;  tutti  e  due  i  tipi  di  cellula  sono  costituiti  da  4  elementi  

essenziali,  ovvero  acidi  nucleici,  proteine,  lipidi  e  polisaccaridi.  Sono  entrambe  

costituite  da  nucleo  o  nucleoide,  citoplasma,  membrana  cellulare  e  parte  

cellulare  (a  volte  assente).  

Dimensioni    

come  notiamo  dall’immagine,  la  cellula  eucariote  è  ben  più  grande  della  

procariote;  il  virus  è  ancora  più  piccolo  di  entrambe  le  cellule.  

Le  cellule  sono  piccole  perché  in  questo  modo  hanno:  

-­‐ un  elevato  rapporto  superficie  volume,  che  permette  scambi  di  sostanze  

con  l’ambiente  esterno  in  modo  più  efficiente  e  un  tasso  di  crescita  più  

alto.  

-­‐ flessibilità  metabolica/fisiologica,  cellule  piccole  producono  enzimi  

necessari  a  seconda  del  momento,  grazie  a  meccanismi  di  regolazione  

molto  sviluppati  nei  microorganismi.  

-­‐ una  più  facile  diffusione,    i  microbi  sono  leggeri  e  piccoli,  in  modo  che  

possano  essere  trasportati  più  facilmente  nell’aria.  

Componenti  

Citoplasma:  matrice  acquosa  in  cui  sono  disciolti  sali  minerali,  sostanze  

organiche  e  tutte  le  strutture  necessarie  allo  svolgimento  delle  funzioni  cellulari;  

nella  cellula  eucariot