Microbiologia, sintesi peptidoglicano, effetti ambientali sulla crescita

Identificazione di una specie batterica

Per l'identificazione di una specie batterica si possono usare test biochimici singoli, o dei test biochimici in galleria. Le gallerie API consistono in una serie di microtubi contenenti substrati disidratati per evidenziare attività enzimatiche o fermentazione di zuccheri. I microtubi vengono inoculati con una sospensione batterica che ricostituisce i substrati. Le reazioni prodotte durante il periodo di incubazione si traducono in reazioni colorate immediate o rilevate dall'aggiunta di reattivi.

Test biochimici diretti

Tra i test che si possono effettuare direttamente dalla piastra ci sono il test della catalasi e il test della coagulasi. Il test della coagulasi viene utilizzato per discriminare Stafilococchi. La coagulasi coagula il plasma e consente di distinguere Staphylococcus aureus. Il test della catalasi differenzia i microrganismi appartenenti al genere Staphylococcus da quelli Streptococcus. Gli Staphylococcus sono catalasi positivi ed è dimostrato dallo sviluppo di bollicine di gas quando si ricopre la colonia con gocce di H₂O₂. Il test dell'ossidasi consente di discriminare tra gli enterobatteri, per esempio Escherichia coli.

Effetti ambientali sulla crescita microbica

Ci sono 4 parametri che influenzano la crescita microbica.

• Temperatura
• PH
• Effetto osmotico
• Effetto di O₂

Temperatura

Sappiamo che all'aumentare della temperatura le reazioni chimiche ed enzimatiche della cellula procedono a una velocità maggiore e la crescita diventa sempre più rapida. Ma oltre certe temperature alcune proteine possono risultare danneggiate o inattivate in modo irreversibile. Ogni microrganismo cresce all'interno di uno specifico ambiente dove sono presenti opportuni range di temperatura. Per ogni microrganismo è possibile definire:

• Una temperatura minima al di sotto della quale non si ha crescita.
• Un optimum di temperatura alla quale si ha la massima velocità di crescita.
• Una temperatura massima al di sopra della quale non si ha crescita.

La temperatura massima è determinata dall'inattivazione di una o più proteine essenziali per la cellula, mentre la temperatura minima compatibile con la crescita è determinata dal punto in cui la membrana citoplasmatica, per irrigidimento, non riesce più a svolgere le sue funzioni.

Adattamenti termici

Gli psicrofili sono organismi capaci di crescere a basse temperature, caratterizzati da una temperatura di crescita ottimale inferiore a 15°, una temperatura massima di 20° e una minima di 0°. Vivono in ambienti costantemente freddi come le regioni polari e sono molto sensibili all'innalzamento della temperatura. La crescita microbica è possibile fino a quando è disponibile acqua allo stato liquido, sebbene il congelamento impedisca la crescita microbica, esso non determina la morte cellulare. Ciò è possibile grazie ad agenti crio-preservanti che limitano gli effetti della disidratazione e prevengono la formazione di cristalli di ghiaccio.

Gli psicrofili producono enzimi che funzionano in modo ottimale in ambiente freddo e che spesso vengono denaturati o altrimenti inattivati anche a temperature molto moderate. Gli enzimi attivi a basse temperature hanno una maggiore quantità di alfa eliche e una minore quantità di struttura secondaria a beta foglietto. Poiché i beta foglietti tendono a formare una struttura più rigida, il maggior contenuto in alfa eliche consente a queste proteine una maggiore flessibilità in ambiente freddo.

Gli psicrotolleranti sono organismi il cui optimum di temperatura va dai 20° ai 40° che possono tollerare anche basse temperature. I mesofili hanno un range di temperatura che va dagli 8° ai 47°, vivono negli animali a sangue caldo e in ambienti acquatici e terrestri a climi temperati e tropicali.

I termofili sono organismi con una temperatura ottimale sui 45°. Vivono nelle sorgenti termali dove l’acqua allontanandosi dal punto di affioramento, comincia a raffreddarsi. Gli ipertermofili sono microrganismi con una temperatura ottimale superiore agli 80°. Nella maggior parte delle sorgenti termali con temperatura pari a quella di ebollizione sono presenti diversi tipi di ipertermofili. La loro velocità di crescita è molto elevata.

Tra gli ipertermofili sono presenti sia batteri che Archea. Alcuni Archea ipertermofili hanno una temperatura ottimale di crescita superiore a 100 gradi centigradi. Gli studi condotti su diversi enzimi termostabili hanno dimostrato che la loro sequenza amminoacidica differisce ben poco da quella delle forme labili al calore degli enzimi che catalizzano le medesime reazioni nei mesofili. Sembra che la stabilità al calore possa essere attribuita alla sostituzione di pochi amminoacidi critici situati solo in pochi punti che determinano una differente struttura quaternaria più resistente agli effetti denaturanti del calore.

PH

Ogni microrganismo cresce in un determinato intervallo di pH all'interno del quale è possibile individuare un pH ottimale. La maggior parte degli ambienti naturali presenta valori compresi tra 5 e 9 e gli organismi per i quali il pH ottimale è compreso tra questi valori sono i più comuni. Soltanto poche specie sono invece capaci di crescere a valori di pH inferiori a 2 o superiori a 9.

Adattamenti al pH

Acidofili: sono microrganismi estremofili che crescono meglio a pH molto bassi, alcuni di loro sono acidofili obbligati, incapaci di crescere a pH neutro: quando il pH si avvicina alla neutralità, le membrane citoplasmatiche si distruggono e le cellule si lisano.

Basofili: hanno un pH ottimale di crescita molto elevato e si trovano in habitat fortemente alcalini.

Per tutti i microrganismi il pH ottimale di crescita rappresenta solo il pH extracellulare. Quello intracellulare deve rimanere quanto più vicino alla neutralità.

Effetti osmotici

Tutti gli organismi necessitano di acqua per vivere, di conseguenza la disponibilità di acqua è uno dei principali fattori che influenzano la crescita microbica. La disponibilità di acqua è espressa come attività dell'acqua e rappresenta il rapporto tra la pressione di vapore nell'aria in equilibrio con la sostanza e la pressione di vapore dell'acqua pura, e i suoi valori sono compresi tra 0 e 1.

Alofili: i microrganismi che hanno una specifica richiesta di ioni sodio. La loro crescita richiede almeno un minimo di NaCl, ma l'optimum varia con il tipo di microrganismo. I microrganismi marini sono alofili e perché non possono svolgere in modo ottimale tutte le loro attività fisiologiche è necessario che l’attività dell’acqua sia simile a quella dell’acqua marina. Si parla di basso alofilo e moderato alofilo.

Alotolleranti: microrganismi che possono tollerare qualche riduzione dell’attività dell’acqua nel loro ambiente ma generalmente crescono meglio in assenza di soluti aggiunti.

Alofili estremi: microrganismi capaci di vivere in condizioni di elevata salinità. Aumentano la concentrazione di ioni all’interno, evitando la perdita di liquidi.

Osmofili: microrganismi capaci di vivere in ambienti in cui vi è un’elevata concentrazione di zuccheri.

Xerofili: microrganismi che possono vivere in ambienti molto secchi.

Ossigeno e crescita microbica

Non tutti i microrganismi necessitano di ossigeno per vivere, nei riguardi dell’ossigeno i microrganismi infatti dimostrano una diversa esigenza e tolleranza.

Aerobi: microrganismi capaci di crescere alla presenza di ossigeno a tensione naturale e respirano ossigeno nel loro metabolismo.

Microaerofili: microrganismi che possono impiegare l’O₂ solo se presente a livelli ridotti rispetto a quello dell’aria. Ciò è dovuto al fatto che hanno una limitata capacità respiratoria oppure dalla presenza di alcune molecole sensibili all’ossigeno.

Aerobi facoltativi: possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno, in appropriate condizioni di coltura e nutrienti.

Anaerobi: microrganismi che non necessitano di ossigeno per la loro crescita e possono essere danneggiati dalla sua presenza.