Riasssunti di Microbiologia generale

• DOPPIO STRATO DI FOSFOLIPIDI

• ERGOSTEROLO: tipo di steroli, ossia strutture carboniose formate da anelli e da ramificazioni. Come

gli acidi grassi insaturi, gli steroli donano elasticità alla membrana e la proteggono dall’etanolo.

• PROTEINE DI MEMBRANA: servono per il trasporto selettivo di sostanze tra esterno ed interno

della cellula (un esempio sono le proteine Carrier).

RIPRODUZIONE DI LIEVITI E MUFFE

La riproduzione può essere:

➢ ASSESSUATA e avvenire per:

o Gemmazione: il nucleo della cellula si sposta verso la

membrana, si distende e si divide, dando origine a una

piccola gemma sulla superficie della cellula. Questa

cresce rapidamente per dare origine ad una cellula-figlia

che può o meno staccarsi dalla cellula-madre e che si

riprodurrà a sua volta per gemmazione. Un solo lievito

può così molto rapidamente produrre milioni di cellule.

E’ il metodo di riproduzione che si incontra nella fase

attiva della fermentazione.

o Scissione: Il nucleo si distende e si divide in due;

contemporaneamente si avvia, a livello della membrana, una

separazione che porta alla formazione di due cellule.

➢ SESSUATA: quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli (temperature troppo alte o

troppo basse, mancanza di elementi nutritivi), il lievito o la muffa cessa di moltiplicarsi e produce

delle ascospore. Il nucleo subisce due divisioni successive; ciascuno dei nuclei-figli si circonda di

citoplasma e si forma un asco. Esso racchiude in media da 2 a 4 ascospore che si trovano in uno

stato di vita rallentata e che riprenderanno la loro vita attiva solo quando le condizioni ambientali

saranno favorevoli. Le ascospore rappresentano il metodo di sopravvivenza dei lieviti durante la

cattiva stagione. si verifica attraverso la produzione di spore, che generalmente sono molto

resistenti.

I funghi che seguono questo tipo di riproduzione sono chiamati lieviti /muffe sporigeni (es.

Ascomiceti).

A differenza delle spore nei Gram+, che si originano per duplicazione “ineguale” della cellula madre

e quindi contengono lo stesso corredo genetico, nei funghi le spore si originano per meiosi, tramite

una sorta di riduzione da un corredo diploide ad un corredo aploide.

ANTIMICOTICI

Un antimicotico o antifungino è un farmaco capace di inibire la crescita degli organismi fungini, quali lieviti

e muffe.

Come per gli antibiotici, gli antimicotici hanno come bersaglio le caratteristiche peculiari che differenziano

le cellule funginee dalle cellule animali. A differenza di questi ultimi però, essendo i funghi di origine

eucariota, hanno struttura e bersagli comuni alle cellule dell'organismo ospite (diminuendo la selettività e

aumentando la tossicità).

FARMACI CHE AGISCONO SULLA SINTESI DELLA PARETE CELLULARE (ECHINOCANDINE)

La parete cellulare dei funghi è formata da glucano, mannano e chitina. La parete è in grado di dare stabilità

osmotica alla cellula fungina, unitamente alla capacità di fungere da barriera contro agenti tossici,

anticorpo e killing macrofagico. Per questo, il sovvertimento degli enzimi chiave catalizzanti la sintesi della

parete, comporta la distruzione della cellula fungina.

La cilofungina e la caspofungina appartengono alla classe delle echinocandine e agiscono bloccando la

sintesi del 1,3 beta glucano, presumibilmente inibendo l'enzima 1,3-beta-glucano sintasi.

Per la bassa tossicità, la caspofungina viene utilizzata in associazione ad altri farmaci per l'eradicazione delle

infezioni difficili o come farmaco di elezione per la cura delle infezioni sostenute da Candida albicans o da

altre specie di Candida. La caspofungina è spesso utilizzata come supporto nelle malattie polmonari

sostenute da Aspergillus spp..

CRESCITA MICROBICA E SUO CONTROLLO

SCISSIONE BINARIA

In microbiologia la crescita è definita come un aumento del numero di cellule di una

popolazione. Le cellule microbiche hanno un tempo di vita limitato e la loro generazione

avviene tramite un processo definito scissione binaria.

Durante la crescita di un batterio (es. E.Coli) le cellule si allungano fino a raggiungere una

lunghezza doppia rispetto a quella iniziale, quindi si forma il setto, ovvero una parete

divisoria fatta di nuova membrana citoplasmatica e parete cellulare, che suddivide la

cellula madre in due cellule figlie (il tempo richiesto per compiere questo processo di

divisione è detto tempo di generazione).

PROTEINE DELLA SCISSIONE BINARIA

PROTEINE PER DIVISIONE CELLULARE

In tutti i Bacteria sono presenti le proteine Fts (la più importante è la FtsZ), essenziali per la divisione

cellulare poiché aggregandosi intorno alla cellula formano un apparato di divisione con struttura ad anello,

chiamato divisoma. Quest’ultimo contiene quindi le proteine Fts necessarie anche per la sintesi del

peptidoglicano, e in più dirige la formazione del setto di divisione al centro della cellula mediante la sintesi

di una nuova membrana e parete cellulare.

Negli eucarioti la proteina FtsZ è correlata alla proteina tubulina, responsabile della formazione di

microtubuli durante i processi mitotici.

PROTEINE PER MORFOLOGIA CELLULARE

In tutti i Bacteria il principale fattore che determina la forma di una cellula è la proteina MreB. Essa ha il

compito di formare una sorta di citoscheletro, ossia un’elica di filamenti avvolti all’interno della cellula

appena sotto la membrana citoplasmatica, che dona una determinata forma alla cellula.

Questo processo avviene grazie al fatto che le eliche formate da

MreB possono ruotare all’interno del citoplasma e queste, una

volta associate al peptidoglicano neo-sintetizzato, possono

formare nuova parete cellulare lungo i punti di contatto con la

membrana citoplasmatica. Perciò in base alla posizione delle

eliche di MreB si otterranno forme differenti: nelle cellule

bastoncellari MreB localizza la sintesi di parete cellulare lungo

l’asse longitudinale; mentre nelle cellule sferiche la sintesi è

localizzata su un singolo punto corrispondente al divisoma (forma ad anello).

Negli eucarioti la proteina MreB è correlata alla proteina actina, responsabile della formazione di

microfilamenti che funzionano da impalcatura nel citoscheletro e nella divisione cellulare.

In alcune cellule batteriche può essere presente in aggiunta un’altra proteina, la crescentina CreS, che

partecipa alla definizione della forma cellulare. Diverse copie di tale proteina si organizzano in filamenti che

si posizionano nella parte concava della cellula incurvata.

Negli eucarioti la proteina crescentina è correlata alla proteina cheratina, principale componente dei

filamenti intermedi che formano parte del citoscheletro.

COLTURE MICROBICHE IN LABORATORIO

La crescita microbica è definita come un aumento del numero di cellule in una popolazione.

Per far crescere un microrganismo in laboratorio si fa uso di colture cellulari che possono essere di più tipi:

COLTURA IN BATCH

La coltura in batch è un sistema chiuso, in quanto all’inizio della coltura vengono forniti tutti i nutrienti

necessari alla crescita cellulare senza aggiunte successive. La cinetica di crescita è rappresentata da una

curva di crescita, caratterizzata da quattro fasi:

1) FASE DI LATENZA le cellule si adattano al terreno, perciò non si ha un incremento della biomassa

(massa complessiva delle cellule);

2) FASE DI CRESCITA ESPONENZIALE le cellule si dividono molto rapidamente, secondo un

andamento esponenziale del tipo y= 2x, dove y è il numero di cellule e x il numero di generazioni;

3) FASE STAZIONARIA la crescita rallenta man mano che i nutrienti scarseggiano, fino ad arrestarsi;

in questa fase alcune cellule possono ancora dividersi ma senza alcun aumento netto del numero di

cellule, questo perché alcune cellule della popolazione crescono mentre altre muoiono portando il

processo ad essere in equilibrio stabile;

4) FASE DI LETALITÀ la scarsità di nutrienti è tale da causare la diminuzione della biomassa, poichè

muoiono più cellule di quelle che si generano, determinando la fine della coltura.

Complessivamente, la coltura in batch è un sistema vantaggioso per ottenere rapidamente un’alta quantità

di biomassa, tanto che spesso è usata come pre-coltura per altri processi fermentativi; d’altro canto, non

può essere applicata per tempi medio-lunghi.

CRESCITA ESPONENZIALE

È il modello di crescita dove il numero di cellule raddoppia durante un intervallo di tempo costante. La

crescita esponenziale è più chiaramente rappresentata da un grafico semilogaritmico in cui il numero di

cellule viene riportato in scala logaritmica (log ) in funzione del tempo, formando una retta, che permette

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di evidenziare maggiormente la crescita di tipo esponenziale.

GRAFICO SEMILOGARITMICO

Il grafico semilogaritmico è utile anche per stimare il tempo di generazione di una coltura a partire dai dati

di crescita: prendendo due punti della curva che sull’asse delle Y corrispondono ad un raddoppio del

numero di cellule, e disegnando due rette perpendicolari all’asse delle X, è possibile calcolare il tempo di

generazione poiché corrisponderà all’intervallo di tempo tra le due intercette sull’asse X.

FORMULE DI CRESCITA

Il rapporto matematico fisso tra il numero di cellule in una coltura e il numero presente dopo un certo

n

N= N x 2

periodo di crescita esponenziale è 0

N=numero finale di cellule [ufc/ml] ESERCIZI PROPOSTI

N = numero iniziale di cellule [ufc/ml]

0 N --- g ---> N (sono noti questi tre dati)

0

n= numero di generazioni Quindi in quanto tempo t avviene questo passaggio?

g= tempo di generazione della popolazione g= (t/n) [min] RISOLUZIONE

o N/N = incremento del numero di cellule

0

o Ln dell’incremento del numero di cellule = n

2

o t= n*g (trasformo poi in ore)

LEGGE DI LIEBIG (O LEGGE DEL MINIMO)

La biomassa dei microrganismi è determinata dalla sostanza nutritiva limitante (presente nella

concentrazione più bassa).

Quindi l'aumento delle sostanze nutrienti già abbondantemente disponibili non migliora la crescita; solo

l'aumento della sostanza nutriente più carente porta a un miglioramento nel fattore di crescita dei

microrganismi.

COLTURA CONTINUA

La coltura continua è invece un sistema aperto, in cui viene aggiunto un volume noto di terreno fresco a

una velocità costante e contemporaneamente viene rimosso alla stessa velocità un’ugual volume di terreno

di coltura esaurito.

Il sistema raggiunge lo stato di equilibrio (steady state) nel momento in cui il volume della coltura, il

numero di cellule e la concentrazione di nutrienti/prodotti di scarto restano costanti.

I vantaggi delle coltur