Microbiologia - Parte 2

BATTERI CHEMIOLITOTROFI

Furono scoperti da Winogradsky tra il 1880 e il 1890. Sono capaci di crescere al buio, in terreno minerale, ricavando ATP e NADH dall'ossidazione di sostanze inorganiche e C dalla CO2. Il substrato inorganico rappresenta la loro fonte di energia. Esempi di batteri chemiolitotrofi sono pseudomonas, nitrobacter, nitrosomonas, thiobacter nitrificans. In base alla loro specificità del substrato si dividono nei seguenti gruppi:

• 2-NITROSATORI (ammoniaca-ossidanti) NH3 + O2 → NO3-
• 2-3-NITRATATORI (nitrito-ossidanti) NO2- + O2 → NO3-
• 3-ZOLFO-OX (zolfo-ossidanti) S + O2 → SO2-
• FERROBATTERI (ferro-ossidanti) Fe + O2 → Fe2+
• IDROGENO-OX (batteri del gas tonante) H2 + O2 → H2O
• CARBOSSIDOBATTERI (carbossido-ossidanti) CO + O2 → CO2

Le rese energetiche delle ossidazioni utilizzate dai chemiolitotrofi sono nettamente più basse della resa energetica per l'ossidazione del glucosio. Per la sintesi di nitrosomonas abbiamo bisogno di 30 gr di NH3 per fare 1 gr di se stesso, mentre per l'escherichia coli se ne ha bisogno di 2 gr di C.

H O per farne 1 gr.6 12 6NITRIFICANTI = crescono molto lentamente anche in condizioni ottimali. Il loro isolamento in coltura pura è lento e difficile e ricavano poca energia dalle reazioni di ossidazione. Parte dell'ATP prodotto è usata per consentire il flusso di elettroni contro gradiente. Sono chemiolitotrofi obbligati, ubiquitari (suoli, compost, acque), non crescono a Ph < 6, T ottimale 25-30 gradi, tempo di generazione 8-24 h. sono i fattori essenziali della fertilità biologica dei suoli.

SOLFOBATTERI e SOLFOBATTERI FILAMENTOSI = incolori, si muovono per scivolamento. Sono presenti dove si sviluppa H S (sorgenti solfuree, terme, risaie, stagni) e i principali sono beggiatoa e thiotrix. L'ossidazione di H S a S elementare, produce depositi di zolfo intracellulari che sono ossidati ulteriormente ad H SO quando viene a mancare H S. Le cellule di beggiatoa appaiono ricche di globuli rifrangenti, che sono granuli di zolfo derivante dalla ossidazione di solfuri.

In stato di carenza di solfuro, le cellule possono usare questo zolfo elementare e trarreda esso energia ox ulteriormente a solfato. TIOBACILLI ossidano composti ridotti dello zolfo; la maggior partechemiolitotrofi e aereobi. Specie diverse, gram negativi e a forma di bastoncello. T.Thiooxidans produce H2SO4 evive a Ph molto bassi. Una specie di tiobacillo, Thiobacillus Ferrooxidans, partecipa al ciclo del ferro ossidando ilferro ferroso a ferrico. Altre specie come Thiobacillus Denitrificans, possono portare avanti una respirazioneanaerobica usando nitrato come accettore terminale di elettroni, mentre ossidano lo zolfo elementare a solfato.

BATTERI CHEMIOLITOTROFI COME PRODUTTORI PRIMARI
Vita eterotrofi: basata su produzione di biomassa dalla fotosintesi e in piccola parte dai chemioeterotrofi. Nella zonadi contatto tra la zona fredda (O2) e calda (H2S) vivono i batteri dello zolfo, che sono fonte di cibo per molluschi, crostacei e vermi marini. Il verme pogonoforo Riftiapachyptila

si è adattato a questo ecosistema. Ha un organo (trofosoma) in cui i batteri solfo-ossidanti vivono come simbionti. H S e O circolano con l'emolinfa. L'ecosistema è basato sulla produzione di sostanza organica chemiolitotrofica.

RESPIRAZIONI ANAEROBIE - In ecosistemi anossici si sviluppano batteri che ricavano energia da respirazioni anaerobie. Fonti di C e di e sono composti prodotti dai microrganismi fermentatori (lattato, etanolo, formiato). Utilizzano come accettori finali di elettroni: nitrato, solfato, zolfo, carbonato e ferro. I prodotti sono: N , N O, CH , H S. hanno un ruolo fondamentale nei cicli biogeochimici e nel mantenimento degli equilibri della biosfera. Sono organismi terminali della catena alimentare anaerobia.

DENITRIFICAZIONE = respirazione anaerobia dei nitrati. Unico processo biologico attraverso cui l'azoto fissato, organico e inorganico, può essere liberato e riciclato come N . Sono batteri aerobi, non anaerobi obbligati.

Gli enzimi per la denitrificazione sono indotti solo in mancanza di ossigeno. L'ossigeno reprime la sintesi di nitrato enitrito riduttasi. Questi evitano l'accumulo di nitrati e nitriti del suolo e la contaminazione delle falde acquifere. RESPIRAZIONE DEI SOLFATI = sono batteri solfato riduttori. L'accettore finale di elettroni è lo ione solfato che diventa H2S. sono anaerobi obbligati e vivono in habitat anaerobio stretto (fanghi putrescenti, acque stagnanti, dove c'è decomposizione anaerobica della sostanza organica). Riducono i carbonati e formano metano durante la degradazione anaerobica della sostanza organica. Quest'ultima è fermentata a prodotti che sono utilizzati dai metanogeni. INTRODUZIONE CICLI BIOGEOCHIMICI Nei cicli biogeochimici alcuni elementi chimici sono ossidati e ridotti dai microrganismi. Quest'ultimi decompongono la materia organica e trasformano i composti a base di C, N, S, P in composti utilizzabili dalle piante. Le piante

Sono capaci di fissare CO2 in composti organici che vengono consumati dagli eterotrofi. Un gruppo speciale di eterotrofi sono i decompositori che convertono la materia organica nei suoi componenti inorganici. Energia e materia si muovono da un ecosistema all'altro. Attraverso la decomposizione, le molecole organiche complesse come la lignina vengono degradate in più piccole. Tale materia è assorbita dalle radici. La fonte primaria di tutta l'attività biologica e della sintesi di materia vivente è la luce, che catturata dagli organismi autotrofi è trasformata in energia chimica. La materia vivente a sua volta si ritrasforma in energia attraverso i microrganismi che provvedono a rimettere in ciclo la materia sotto forma di CO2 e H2O. Albert Szent-gyorgyi studiò le reazioni cataboliche che comportano il trasferimento di elettroni da una molecola all'altra, portando alla produzione di energia chimica e rappresentano la via.

universale per l'uso del glucosio. Vernadskij teorizzava la distinzione della materia vivente in due ordini:

• Primo ordine = organismi viventi che hanno funzione di introdurre energia del sole nella biosfera, ovvero piante e batteri che trasformano la materia inorganica in composti organici essenziali per la vita
• Secondo ordine = organismi che si nutrono dei composti prodotti dalla materia vivente di primo ordine

Vernadskij ha introdotto il concetto dei cicli biogeochimici; egli credeva che inanimato e animato fossero in relazione tra loro e con l'intera biosfera. Nella sua visione dinamica della biosfera, esisteva un flusso continuo di materia organica che alla morte di un organismo veniva rapidamente rimessa in circolo sotto altra forma e rientrava nella costituzione dei corpi viventi di altri organismi. Il suolo è un laboratorio dove si svolge un'intensa attività biochimica grazie ai microrganismi.

Darwin calcolò che annualmente più di 10 tonnellate

Di terra passavano attraverso il corpo dei lombrichi ed erano portati in superficie per ogni acro di terreno.

BIODIVERSITÀ DEL SUOLO

Quattro punti:

1. MACROFAUNA o MACROBIOTA (> 2mm): sono visibili in modo diretto e possono essere vertebrati (mammiferi) i quali scavano nel suolo per cibo o riparo e invertebrati (insetti, lombrichi...) che vivono e si nutrono nel suolo
2. MESOFAUNA o MESOBIOTA (0,1-2mm): sono acari e collemboli, i quali hanno bassa attività di scavo, vivono in piccoli pori del suolo, si cibano di materia organica, microflora, microfauna e altri invertebrati
3. MICROFAUNA (<0,1 mm): sono protozoi e nematodi, la microfauna più abbondante
4. MICROFLORA (<0,1 mm): sono batteri, archea, microalghe e funghi ubiquitari

Tutti questi organismi interagiscono tra loro e con piante e animali formando una complessa attività biologica. Il ruolo degli organismi del suolo:

1. Riciclo nutrienti
2. Regolano materia organica
3. Sequestrano C nel suolo

1. Emettono gas serra
2. Modificano la struttura fisica e il regime delle acque
3. Aumentano quantità ed efficienza dell'acquisizione dei nutrienti da parte delle piante e migliorano la loro salute

SERVIZI ECOSISTEMICI FORNITI DAI MICRORGANISMI

Si definisce BIODIVERSITÀ la varietà di organismi viventi (microrganismi, piante, animali) e di ecosistemi esistenti in un determinato ambiente. È un termine coniato nel 1980 da tre studiosi americani Lovejoy, Norse e McManus.

Esistono tre tipi di biodiversità:

1. GENETICA - esistente all'interno della stessa specie
2. SPECIFICA - quella più conosciuta, la diversità tra le specie
3. ECOSISTEMICA - quella rappresentata da diversi ecosistemi

Sulla terra si stimano circa 12,5 milioni di specie. Attualmente è in corso la sesta estinzione di massa, che si sta verificando per le azioni umane:

• Incremento della popolazione
• Distruzione e frammentazione degli habitat
• Agricoltura

Gli organismi del suolo svolgono funzioni essenziali per l'uomo, gli ecosistemi e la vita stessa:

• Mantenimento fertilità del suolo (produzioni agricole)
• Mineralizzazione sostanza organica
• Fissazione dell'azoto
• Degradazione sostanze inquinanti

Quanta vita c'è nel suolo? In 200 gr di terra ci sono circa 0,5 gr di microrganismi molti non visibili a occhio nudo; in un ettaro di terreno invece ci sono circa 5000 kg di organismi viventi.

La maggior parte degli organismi si possono trovare nei primi 2-3 cm di suolo. Qui si trova la più alta concentrazione di materia organica.

Chi vive qui? Batteri, lombrichi e mammiferi tendono ad accumularsi dentro suoli capaci di scavare nel suolo. I funghi aggregati, poiché è meno probabile che vengano mangiati dai predatori, possono formare ife che si estendono per metri all'interno del suolo e possono essere trasportati in fondo al suolo a causa...

Nel suolo all'interno della porosità vive molti organismi viventi, alcuni scavano i loro solchi da soli. L'argilla spesso ospita più batteri della sabbia perché crea tanti piccoli pori che offrono protezione ai batteri. La RIZOSFERA è la parte di suolo interessata dalle radici. Molti organismi preferiscono vivere vicino alle radici. Le radici infatti rilasciano composti organici nel suolo chiamati essudati, i quali accrescono la disponibilità di nutrienti nella rizosfera e procurano una fonte di C per i microrganismi eterotrofi. Perciò il numero di microrganismi nella rizosfera è maggiore che nel resto del suolo. I BATTERI sono microscopici organismi cellulari larghi 1 μm e poco più lunghi, sono presenti ovunque. La maggior parte dei batteri decompone e trasforma (in humus, una forma di carbonio relativamente stabile)