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Riassunto esame Microbiologia Generale, prof Corsetti, libro consigliato Biologia microorganismi, Brock (Seconda parte) Appunti scolastici Premium

Riassunto per l'esame di Microbiologia Generale, basato su appunti personali e studio autonomo delle dispense consigliate dal docente Aldo Corsetti. Parte 2. Università degli Studi di Teramo - Unite, Interfacoltà, Corso di laurea in biotecnologie. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Microbiologia e microbiologia generale docente Prof. A. Corsetti

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ESTRATTO DOCUMENTO

Lasciando a temperatura ambiente, l’agar solidifica e mantiene le cellule in

punti precisi.

Dopodiché si inizia la conta, in laboratorio spesso questa tecnica si fa in

doppio o in triplo (si fanno due o tre piastre con le stesse diluizioni).

Successivamente si esegue la media delle cellule contate in ogni piastra

diviso il numero di piastre. (Della diluizione corrispondente). Poi si moltiplica

questo numero x per il numero delle diluzioni (es. 159/10 ), per il reciproco

-3

del fattore di diluzione (es. 159 x 10 )

3

Il risultato sarà le unità formanti colonie/ml. Siccome devo avere un numero

compreso tra 1 e 9,9 avrò 1,59 x 10 .

5

Un altro sistema è la semina per spatolamento. Le piastre Petri sono già

 riempite con il terreno solido. La semina in questo caso è rappresentata da

100µl (è un motivo pratico perché se inserisco troppo inoculo non viene

bene assorbito)

Quando si risale al numero di unità formanti colonie devo considerarla

comunque un diluzione e moltiplicarla per 10. (Dopo aver ottenuto il

risultato si moltiplica x 10 perché ho utilizzato 1/10 dell’inoculo)

Limiti della conta in piastra:

 - Non tutte le cellule seminate crescono con la stessa velocità

- Colonie di piccola dimensione possono sfuggire al conteggio

- Cellule vicine possono dare origine ad una sola colonia

- E’ difficile prevedere il numero delle cellule vitali (stima del fattore di

diluzione necessario)

Dipende dalla capacità dell’operatore, ci possono sfuggire delle colonie perché

sono ancora troppo piccole ma soprattutto cellule vicine possono originare

un’unica colonia. (Per questo si dice unità formante colonia. Unità non si

riferisce ad una sola cellula ma rappresenta un’unita che può essere un

aggregato)

- Errori nella tecnica di analisi

Viable count: errori nella tecnica di analisi

1) Campionamento (variabilità del campione)

2) Pesatura

3) Diluizione e pipettatura (evaporazione diluente in autoclave, adesione dei

microorganismo alla pipetta, calibrazione pipetta, errori di lettura)

4) insufficiente omogeneizzazione

5) Errori nella semina (caratteristiche del terreno- spessore, umidità- sinergia e

antagonismo)

6) Errori di conteggio

Attraverso i parametri microbiologici si indicano i microorganismi da

determinare. A seconda del tipo di microorganismo posso usare diversi tipi di

terreno. Per la carica mesofila aerobia si usa un terreno complesso per esempio

PCA.

3) MNP si basa sulle DILUZIONI IN SERIE DECIMALI. In genere i

microorganismi non superano mai carica microbica di 10 . Eccezione =fermenti

9

lattici (sono più concentrati)

Si usa per:

- Batteri nitrificanti Chemioautotrofi

- Colimetria (identificazione in terreno differenziale liquido)

- Limiti di legge per batteri patogeni (basso numero di cellule)

NB: Il numero MPN afferma soltanto che esiste il 95% di probabilità che la

popolazione batterica rientri in un determinato intervallo e che quel numero sia

il numero più probabile.

Principio del metodo:

Realizzando diluizioni successive di un campione, esisterà almeno una

diluizione in cui solo alcune aliquote della diluzione contengono

microorganismi.

Anziché trasferire l’inoculo in piastra, si trasferisce in provetta. Nella provetta ci

sarà un terreno liquido. Per ogni diluizione si inocula ‘’una serie’’ di tubi per la

stessa diluzione (molto utilizzato per i coliformi che usano zucchero e rilasciano

grassi).

Nei tubi si inserisce una campanella di Dunthant (Campana di vetro) che

accumula il gas rilasciato dal microrganismo dopo la metabolizzazione degli

zuccheri. Essa poi si solleva ed osservando le tabelle di Kedry è possibile

effettuare una stima delle cellule presenti. (Ha svelato la presenza di

colesterolo dalla produzione di CO )

2

Di conseguenza, inoculando più tubi, solo alcuni daranno luogo a crescita

mentre per le diluizioni precedenti tutti i tubi di substrato inoculati con

un’aliquota della diluizione daranno luogo a crescita e per le successive tutti i

tubi saranno sterili.

Utilizzando il numero di tubi positivi in 3 diluizioni successive è possibile

risalire, mediante tabelle statistiche al numero più probabile di microorganismi

per ml o g di campione.

Tubi positivi: torbidi, gas nella campanella

 Tubi negativi: limpidi, senza gas

 Vantaggi:

 - E’ un metodo sensibile (si possono usare anche 50 o più ml di inoculo)

- E’ facile da usare con substrati selettivi

- Con particolari accorgimenti (substrati fluorogenici) è possibile ottenere

risultati in 4 ore.

Svantaggi:

 - E’ molto meno preciso delle conte in piastra

- E’ laborioso e può essere costoso

Coltura pura/ Isolamento

o

La coltura pura è una popolazione clonale le cui cellule derivano da un’unica

cellula madre.

Però potrebbero esserci degli organismi che on sono proprio uguali alla cellula

originaria a causa dei tanti trasferimenti.

Es. Isolamento dei lieviti vinari dall’uva: in un chicco d’uva ci saranno 10 -10

4 6

ufc/g lieviti con diversi tipi di specie.

Quello meno concentrato non si troverà mai in diluizione 10 .

-6

Lieviti prevalenti (c.a. 70%) = apiculati:

 - Kloeckera apiculata

- Hanseniaspora uvarum

Altri lieviti:

 - Metschnikowia pulcherrima

- Pichia spp.

- Hansenula

- Candida

Scarsamente presenti (0,1%)

 - Saccaromyces cerevisiae 10 (c’è ne è uno tra mille). Non potrò ottenere

-3

mai le colture con diluzioni e quindi utilizzerò un terreno di arricchimento

così che diventi prevalente.

I più concentrati utilizzano diluizione diretta mentre quelli meno concentrati

devono passare in terreni di arricchimento così che nel campione arricchito i

sottodominanti predominino.

Isolamento diretto: specie predominanti nel campione di partenza e

Isolamento a n stadi di arricchimento: specie poco rappresentati nel

campione.

Per ottenere una coltura pura si utilizza la tecnica per striscio, essa

 prevede una tecnica di semina.

Si preleva una goccia di brodo coltura del microorganismo da studiare, si

inocula per favorire la crescita nella brodocoltura. Successivamente si

preleva con un’ansa una goccia piccolissima su Piastra Petri. Poi si fa uno

striscio.

Dove l’ansa si ferma si riparte con la stessa da quel punto per realizzare lo

striscio due. Ecc..

Non si inocula mai.

Nel primo e nel secondo striscio ci sarà crescita mentre nel terzo ci saranno

cellule separate…Lo scroscio si fa incubare.

Metodi basati sulla determinazione della massa totale

 della popolazione microbica

1) Misurazione del peso secco microbico (muffe)

2) Determinazione di un costituente cellulare (es. proteine, cloroflla)

3) Misurazione della densità ottica (torbidità)

Il sistema più eccellente per misurare la massa cellulare è quello di separare

per centrifugazione e in seguito misurare.

Si preferisce però un sistema di conta indiretto ovvero la misurazione della

densità ottica(torbidità)

3) Misurazione della densità ottica

Determinazione fotoelettrica della torbidità (turbidimetria). Misurazione della

densità ottica DO a lunghezze d’onda di 540,600 e 660 nm (spettrofotometro)

La DO è direttamente proporzionale alla densità batterica tra 0,01 e 0,5 mg/ml

(da 10 a 10 cellule/ml).

7 9

Generalmente si utilizza una retta di taratura.

Crescita esponenziale

Per numerose ragioni, un microorganismo che sta crescendo in un sistema

chiuso come una provetta o una beuta, una condizione di crescita definita

coltura in batch, non può crescere indefinitamente in maniera esponenziale.

Quando una popolazione microbica è inoculata in un terreno fresco di solito la

crescita inizia dopo un intervallo di tempo chiamato ‘’fase di latenza’’. Questo

intervallo può durare più o meno a lunghe ed è influenzato dalla storia

precedente delle cellule inoculata e della condizioni di crescita.

1) LAG FASE: FASE DI LATENZA

Il germe organizza la sintesi di enzimi e altri costituenti essenziali.

La durata dipende da:

- Rapporto volume terreno/volume inoculo

- Età della coltura da cui proviene l’inoculo

- Inoculo costituito da spore

- Cambio di terreno o depauperamento del terreno (crescita diauxica)

2) LOG FASE o fase logaritmica

Durante la fase di crescita esponenziale ciascuna cellula si divide per formare

due cellule figlie, ciascuna delle quali si divide nuovamente per formare altre

due cellule e così via… per un tempo più o meno lungo secondo la disponibilità

di risorse e altri fattori.

La moltiplicazione cellulare avviene con la massima velocità possibile. In

questa fase il tempo di generazione è minimo.

La velocità di crescita dipende da:

- Caratteristiche genetiche del microorganismo (In genere i microorganismi

procarioti crescono più velocemente degli eucarioti e gli eucarioti più

piccoli crescono più velocemente di quelli più grandi

- Caratteristiche del terreno

- Condizioni in cui avviene la crescita (temperatura)

3) FASE STAZIONARIA:

In una coltura in batch la crescita esponenziale è limitata.

Nella fase stazionaria non c’è un aumento o una diminuzione netta del numero

di cellule così che la velocità di crescita della popolazione è zero.

Anche se la popolazione non cresce durante queste fase, molte funzioni

cellulari sono ancora presenti, compresi il metabolismo energetico e i processi

biosintetici. (Es. si ottiene penicillina) Alcune cellule possono ancora dividersi

durante la fase ma poiché i processi di nuova crescita e di morte di bilanciano

non c’è un aumento netto del numero di cellule. Questo fenomeno è definito

crescita criptica.

Equilibrio tra numero di cellule che muoiono e numero di cellule che si

 moltiplicano. Si realizza ad una concentrazione di 10 9

Il rallentamento della crescita microbica dipende da:

- Esaurimento di un nutrienti essenziale

- Accumulo di metaboliti tossici

- Riduzione dello spazio minimo vitale

- Modificazioni delle caratteristiche fisiche del terreno

Se in un terreno ci sono glucosio e lattosio, il microorganismo utilizza prima

lattosio e poi glucosio iniziando una nuova cura di crescita detta crescita

diapsica.

4) FASE DI MORTE: Se il batterio non può trasformarsi in spora, muore.

Morte: incapacità di riprodursi quando il batterio è trasferito in un ambiente

permissivo.

Come la crescita, avviene con progressione logaritmica (per ogni unità di

tempo- es. ogni ora- si verifica la morte di una percentuale costante di cellule)

I dati matematici della crescita microbica

Durante la fase esponenziale ogni microorganismo si divide ad intervalli

costanti.

Tempo di generazione (o tempo di duplicazione): tempo necessario affinché, in

fase esponenziale, la popolazione microbica raddoppi.

Se individuo una molecola nel terreno che diminuisce il tempo di generazione

vuol dire che è una sostanza stimolatrice.

La crescita esponenziale

N = Numero della popolazione iniziale

0

N = Popolazione al tempo t

t

n=numero di generazioni al tempo t

Poiché ogni cellula si divide in due cellule figlie:

N = N x 2

n

t 0

La curva deve essere espressa log aritmicamente perché graficamente la fase

log assume la forma di una retta solo se i dati sono espressi in log. In forma

aritmetica è una curva e non riuscirò a distinguere dove inizia e dove finisce la

fase log e quella di latenza.

Costante media del tasso di crescita (k) in una coltura chiusa (coltura in

 batch)

Tempo medio di generazione o duplicazione (g)

Quando la popolazione raddoppia (t=g):

Esempio: una popolazione batterica aumenta da 10 a 10 cellule in 10 ore.

3 9

 Calcolare il tempo medio di generazione:

I fattori che condizionano la crescita microbica.

o La crescita microbica è condizionata da alcuni fattori:

- Nutrienti

- Tempo

- Temperatura

- Disponibilità di acqua

- Acidità

- Ossigeno

Temperatura

o

La temperatura è fondamentale perché non tutti i microorganismi crescono alle

stesse temperature.

Alcuni crescono a temperature sotto lo 0º, altri al di sopra del punto di

ebollizione dell’H O (Sono estremofili, quindi Archea)

2

Si possono individuare per ogni microorganismo 3 T: dette Temperature

Cardinali (Indicano l’intervallo dentro cui l’organismo può vivere e vi si colloca

la temperatura ottimale)

C’è una temperatura max., una min. e tra queste vi è quella ottimale.

Più è breve il tempo di generazione e maggiore sarà la velocità di crescita.

Queste 3 temperature sono unite da una curva che indica come varia la

velocità di crescita rispetto alla temperatura.

La temperatura ottimale in genere è più vicina alla temperatura max. La

massima velocità di crescita si colloca alla temperatura ottimale. Se si continua

ad aumentare la temperatura si vanno a denaturare gli enzimi e si può rompere

la membrana. Quindi la crescita non avviene più.

In un intervallo di temperatura che non è nella temperatura ottimale, la

velocità di crescita è minore.

Quando un elemento di scongela non può essere ricongelato perché i

microorganismi iniziano a crescere per via delle sostanze nutritive presenti. Il

congelamento non è un processo di risanamento termico.

L’enteroccucus faecolis ha un ampio range di T (circa 40º). Quando le

 condizioni di conta diventa restrittiva, l’intervallo si riduce.

Gli Organismi euritermi hanno un ampio intervallo di temperatura molto

ampio, sui 40º.

Il Neisseria gononehae ha un intervallo di T molto ristretto 8º. (Le specie con

questo range sono dette stereoterme.

Clamidomanas nuilis è un’alga tipica dei ghiacciaci

TAC polymarase (thermos acquatius): la PCR si svolge in autoclave per

mantenere la temperatura molto alta. La prima è 90º, poi c’è l’amiling 60º e

poi 72 º(espansion)

Psicrofli e psicrotrof

Secondo una classificazione non più in uso si definivano psicrofili tutti i

microorganismi capaci di crescere a 0º.

Psicrofili propriamente detti: crescono a 0º e hanno un optimum di crescita a

 +15º (molti di questi organismi sono così sensibili a temperatura superiori

da non crescere a temperatura ambiente)

Psicrotrofi(psicrotolleranti): crescono a 0º e hanno un optimum di crescita da

 +20º a +30º, tempo. max. 35º.

Molto più comuni degli psicrofili rappresentano la popolazione microbica

tipica degli alimenti refrigerati.

Nel momento in cui si interrompe la catena del freddo essi tornano alla loro

temperatura ottimale.

Fenomeni di adattamento negli psicrofli

Enzimi, sistemi di trasporto e meccanismi di sintesi proteica che funzionano

bene a bassa temperatura.

Membrana citoplasmatica ricca di acidi grassi insaturi e quindi capace di

mantenere fluidità a bassa temperatura

A temperature> 20 si producono soluzioni di continuità nella membrana

º

citoplasmatica con perdita di costituenti cellulari

Proteine da stress

I microorganismi hanno delle proteine da stress che servono per adattarsi ai

forti cambiamenti di temperatura rispetto a quelle che possono sopportare.

Se la temperatura aumenta o diminuisce al di fuori dell’intervallo di crescita, il

microorganismo subisce uno stress da caldo o da freddo:

- HSP= heath-shock proteins.

- CSP= cold-schock proteins

Sono in genere chaperonine. Ed hanno la funzione di trascrivere alcuni geni in

condizioni di stress.

Il lactobacillus Sanfraniscensis vive solo nella fauna, cresce bene a 28º. Se

viene trasferito a 15º non muore ma inizia ad esprimere le shock proteine.

Mesofli

Hanno optimum da +20º a +40º, minimo a +10/15º e massimo a circa +45º.

E’ il gruppo di microorganismi probabilmente più numeroso, comprendente le

specie patogene per l’uomo e per gli animali a sangue caldo

Termofli

Hanno un optimum> 45º (in genere da +55 a +65º) minimo inferiore a +45º e

massimo che può superare i +100º in alcuni archeobatteri (termofili estremi o

ipertermofili).

Hanno enzimi termostabili e sintesi proteica efficaci ad alte temperature, non

che membrane citoplasmatiche ricche di acidi grassi saturi (punto di fusione

elevato)

I batteri dello yogurt sono batteri lattici termofili

I termofli stremi o ipertermofli

 A 80º c’è una linea di demarcazione, tutti quelli che crescono oltre gli 80º

sono ipertermofili e sono soprattutto Archea.

Negli abissi degli oceani la pressione mantiene l’acqua liquida a

temperatura molto più elevate di +100º. In questi ambienti (correnti

idrotermali surriscaldate) è stato dimostrato che i batteri crescono anche a

+113º.

Le proteine, le membrane e gli acidi nucleici di questi microorganismi sono

particolarmente stabili.

Enzimi termostabili prodotti da questi batteri hanno interessanti applicazioni

industriali.

Metodi per la conservazione delle colture microbiche:

 Congelamento rapido da -50º a -80º a -196º (con azoto liquido) previa

sospensione in apposito diluente (crioprotettivo o criopreservate: DMSO,

glicerolo)

 Le Fiat Protect per il congelamento dei microbi contengono degli anellini

spugnosi che servono per contenere le colture cellulari, appena si prendono

possono essere messi in coltura.

La riduzione della temperatura rallenta il tasso di crescita

 dei microorganismi e l’effetto della massa di un alimento

sulla velocità di raffreddamento e probabilità di

alterazione

Se facciamo bollire il riso e dopo la cottura lo conserviamo in frigorifero, se

lo conserviamo in un piatto (basso spessore), la temperatura decresce

rapidamente (i mesofili non crescono più), se non lo consumo rapidamente,

le spore si svilupperanno.

La temperatura raggiungerà molto velocemente uno stato basso e sarà

uniforme.

Se metto in grifo la pentola affinché la temperatura di refrigerazione arrivi a

4 gradi (temperatura non promissoria) ci vuole molto tempo. Il che significa

che sullo strato superiore si raggiunge subito la temperatura bassa però

sullo strano più interno non si raggiungerà la temperatura per molto tempo

anche giorni.

Se immaginiamo un terreno di coltura liquido tutta l’acqua è necessaria

 all’organismo. Ciò che interessa non è la quantità ma quanto può essere

usufruita dall’microorganismo: activity water (aw) è una misura di quanta

l’acqua è disponibile per la crescita del microorganismo

Pressione osmotica e water activity

o Poiché una membrana permeabile selettiva separa i batteri dall’ambiente,

ogni variazione della concentrazione osmotica ambientale può modificare le

probabilità di crescita o di sopravvivenza del microorganismo.

I miceti, le alghe e la maggior parte dei batteri hanno pareti cellulari rigide

che mantengono la forma e l’integrità della cellula. In ogni caso molti

microorganismi tendono a mantenere nel loro citoplasma una

concentrazione osmotica maggiore di quella ambientale (equilibrio idrico

positivo), in modo da mantenere la membrana citoplasmatica aderente alla

parete cellulare.

È importate perché in funzione della differenza di soluti tra intra ed extra

 viene influenzata l’osmosi dell’acqua. Un microorganismo in stadio fisico si

trova in un ambiente idrico positivo ovvero cresce in ambiente istonico

rispetto al citoplasma.

Per osmosi, quindi l’acqua si muove verso la cellulare. Aumenta così la

sua pressione osmotica.

La disponibilità di acqua:

 E’ un fattore fondamentale per la crescita dei microorganismo. La

disponibilità di acqua può essere ridotta da:

- Effetto osmotico (interazione con molecole di soluto). Riduzione di acqua

per crescita del microorganismo a causa dell’aumento dei soluti.

- Effetto matrice (adsorbimento sulla superficie di solidi)

Es: l’agar 1,5-2% fornisce disponibilità di acqua sufficiente alla crescita dei

microorganismi; agar 15% sequestra l’acqua ed inibisce la crescita

microbica.

E’ descritta e misurata attraverso la variabile a (water activity= attività

 w

dell’acqua). L’a di una soluzione (1/100 U.R) equivale al rapporto tra la

w

pressione di vapore dell’aria in equilibrio con la soluzione a quella dell’acqua

allo stato puro:

a = P P

w soluzione/ acqua

Assume dei valori da 0 a 1. 0 indica che l’acqua non può formare vapore e tutta

è legata al soluto.

1 vuol dire che non c’è alcun soluto che può legare l’acqua (Es. l’acqua pura).

La pressione di vapore di una soluzione è dunque inversamente proporzionale

alla concentrazione di soluti.

Aumentando la concentrazione di soluti, P < P e quindi a <1,0.

soluzione acqua w

A e numero di moli (N)

 w

L’A dipende dal numero di molecole presenti in un volume di soluzione. Per

W

questo motivo un composto come NaCl, che ha basso peso molecolare, è molto

più efficace del saccarosio nella riduzione dell’a . Nel NaCl con me g avrò un

w

valore più prossimo a 1.

Questo principio è alla base della conservazione degli alimenti, molte sostanze

infatti servono a sequestrare l’acqua evitando che crescano microorganismi.

Per abbassare l’a si usano più soluti perché altrimenti gli alimenti diventano

w

troppo salati o dolci= Hurdue Tecnology.

A minima di crescita di alcuni organismi

 w

- Batteri: 0.88-0,90

Alofili: 0,75

- Lieviti: 0,87-0,88

Osmofili:0,61

- Muffe: 0,80

Xerofile: 0,71-0,61

Alcuni microorganismi crescono meglio quando c’è meno acqua.

A limitante è il valore al di sotto del quale non possono crescere. Il valore 0,90

w

è considerato l’a limitante per la maggior parte dei patogeni degli alimenti. In

w

genere le muffe sono in grado di vivere con a più bassa.

w

I lieviti hanno a limitante 0,88 mentre gli osmofili possono vivere a bassa a a

w w

causa della presenza di zuccheri. Le muffe sono le più resistenti alla

disidratazione

Comportamento dei microorganismi in relazione all’a

 w

Si utilizzano i termini xerofilia (xeros= secco) o osmofilia (osmos=spinta) per

indicare l’adattamento ad alte concentrazioni di sale.

Xerofili/osmofili e alofili obbligati: sono talmente adattati a bassi valori di a

 w

o rispettivamente ad alte concentrazioni di sale da richiedere tali condizioni

per la crescita.

Alofili: crescita a livello di NaCl da 2,8 M a 6,2 M (Alofili estremi)

Xerofili/osmofili e alofili facoltativi (xerotolleranti/osmotolleranti e

 alotolleranti) non richiedono bassi valori di a o percentuali di sale

w

relativamente elevate (NaCl =2 +15%)

Esempi: Staphylococcus aureus cresce in terreni con NaCl fino a 3M. Il lievito

Saccaromyces rouxii cresce in soluzioni di zucchero con a fino a 0,60

w

Gli alofli estremi

Terreni di coltura per alofili prevedono alte quantità di NaCl. Gli alofili estremi

richiedono elevatissimi livelli di sale. Ci sono anche semofili e osmofili estremi.

I batteri che vivono nel Mar Morto sono gli Halobacterium e per coltivarli è

necessario un terreno di coltura con 30% di NaCl (quasi a saturazione) = è un

Archea, La membrana plasmatica e la parete presentano legami con NaCl che

servono a stabilizzare la parete.

Attraverso quale meccanismo molti microorganismi mantengono

 una concentrazione osmotica interna maggiore di quella

ambientale?

Il fenomeno della plasmolisi avviene perché l’ambiente esterno è ipertonico.

Per far sì che non avvenga, si aggiungono dei soluti nel citoplasma.

Aumento dei soluti compatibili: I soluti compatibili sono soluti che anche se

presenti a concentrazioni intracellulari elevate, sono compatibili con il

metabolismo e la crescita della cellula.

Può avvenire in due modi:

Il microorganismo sintetizza solti nel citoplasma o li prende dall’extra. Non tutti

i soluti hanno questa funzione, per esempio il glucosio viene subito avviato alla

glicolisi quindi questi soluti non devono essere coinvolti nel metabolismo della

cellula ma accumularsi. Devono aumentare la concentrazione di soluti nel

citoplasma senza interferire con il metabolismo.

Se la cellula non avesse modo di contrastare la perdita di acqua morirebbe.

- In molti batteri: aumento della sintesi o assorbimento di colina, betaina,

ectoina, prolina e altri amminoacidi (talvolta anche K )

+

- Alghe e miceti: generalmente accumulo di glucidi e polioli

- Alobatteri: accumulo di K e in misura minore di Na

+ +

- Protozoi: vacuoli contrattili.

Molti usano degli enzimi per formare i soluti compatibili che sono amminoacidi

L’a dei prodotti alimentari

 w

- Prodotti alimentari ad elevata a : prodotti alimentari ‘’freschi’’, con a >

w w

0,97, deperibili a temperatura ambiente. Es: latte, carni refrigerate,

prodotti della pesca refrigerati, prodotti ortofrutticoli. Favoriscono acqua ai

microorganismi.

- Prodotti alimentari ad a intermedia: prodotti alimentari con a tra 0,60 a

w w

0,85, stabili a temperatura ambiente per un periodo limitato. Es: frutta

secca, pasticceria secca, miele.

- Prodotti alimentari a bassa a : prodotti alimentari con a < 0,60 stabili a

w w

temperatura ambiente per lunghi periodi. Es. spezie, zuccheri, sale. ecc..

pH Acidità dell’ambiente

o E’ la misura dell’attività idrogenionica di una soluzione, definita come il

logaritmo negativo della concentrazione idrogenionica (espressa in termini

di molarità)

La scala del pH varia da 0 a 14; ogni unità di pH corrisponde ad una

variazione di 10 volte nella concentrazione idrogenionica.

Essendo una grandezza logaritmica, piccole variazioni di numeri conducono

a grandi aumenti di H . La differenza da un numero all’altro è in scala di 10.

+

Comportamento dei microorganismo in relazione al pH

 Il pH influenza in maniera determinante la crescita dei microorganismi, ogni

specie ha un pH ottimale ed un intervallo di pH per la crescita.

- Neutrofili: crescita tra pH 5,5 e 8

- Acidofili: crescita tra pH 1,0 e 5,5

- Acidofili estremi <2

- Alcalofili e basofili: crescita tra 8,0 e 11,0

- Alcalofili estremi<10

E’ possibile disegnare dei diagrammi dei pH cardinali per ogni microorganismo.

Gli organismi più versatili sono le muffe, si adattano a moltissimi ambienti (con

un pH da 0 a 11)

Poi ci sono i lieviti infatti li ritroviamo nel vino che è uno degli alimenti più acidi.

Poi diverti tipi di batteri.

Il pH di crescita comune alla maggior parte dei microorganismi è 7.

La maggior parte dei batteri e dei protozoi è neutrofila (optimum tra 6,5 e

 7,5). Pochissimi batteri crescono a pH< 4,0 (Es. Escherichia coli

cerocitossico)

Per questo motivo molti prodotti alimentari (formaggi, salumi, ecc…) sono

conservati grazie agli acidi prodotti dalla fermentazione batterica.

Le Alghe e la maggior parte dei miceti preferiscono ambienti leggermente

acidi (da pH 4 a 6)

Eccezioni: Cyanidim caldarium (alga) e Sulfolobus acidocaldarius (batterio) che

crescono bene a pH 1 -3 e ad alte temperature (correnti terminali acide)

Malgrado le notevoli variazioni del pH ambientale, il pH del citoplasma

della maggior parte dei microorganismi è prossimo alla neutralità.

Quando cambiano le condizioni di pH nell’ambiente:

Variazioni brusche si pH possono danneggiare la membrana citoplasmatica e

inibire enzimi e proteine di trasporto.

Le modificazioni di pH ambientale possono alterare i grado di ionizzazione dei

nutrienti diminuendone la diponibilità.

Se il pH scende marcatamente sotto 5,0 molti microrganismi muoiono.

Vi sono dei meccanismi per mantenere il pH citoplasmatico costante, la

 risposta dipende dalla differenza della grandezza di pH tra extra e intra.

I metaboliti prodotti dai microorganismi possono modifcare il pH

 ambientale

- Microorganismi con metabolismo fermentativo:

Produzione di acidi organici a partire da glucidi. Nella fermentazione i

microorganismi producono acidi (acido lattico a partire da glucosi) glucidi.

La prodizione di acidi avviene per riox il NAD. Se il NAD è tutto ridotto il

microorganismo non sopravvive = scopo della formazione dell’acido

lattico. ABBASSA IL PH

- Microorganismi produttori di ammoniaca

Produzione di ammoniaca o di ioni ammonio attraverso la degradazione

degli amminoacidi. AUMENTA IL PH

- Microorganismi Chemiolitotrofi:

Ossidazione di composti solforati ridotti ad ac. Solforico. ABBASSA IL PH

Attraverso quali meccanismi i microorganismi mantengono una

 omeostasi del pH interno a valori prossimi alla neutralità?

Ipotesi sui meccanismi di mantenimento della omeostasi di pH

1) Piccole modifcazione di pH

- Sistema di trasporto antiporto potassio/protoni (neutrofili)

- Sistema di trasporto antiporto sodio/protoni (Alcalofili estremi)

- Sistemi-tampone interni

Nella prima fase della fermentazione c’è una piccola variazioni del pH. A

 questo punto molti microorganismi attivano alcuni geni che codificano per

proteine di membrana che fanno da antiporto. Aumentano H e rilasciano K +

+

così permettono di rimettere apposto il pH

2) Shock acido:

- a pH<4,5: sintesi di chaperonine (‘’accompagnatori molecolari’’) proteine da

shock acido (ASP) che impediscono la denaturazione acida delle proteine e

modulano il ripiegamento e l’assemblaggio delle proteine denaturate.

- Sotto il pH 5,5-6,0: Salmonella thyphiumurium e Escherichia coli sintetizzano

nuove proteine tra cui una ATPasi di traslocazione protonica = aumento di ATP

o maggiore espulsione di protoni.

Il meccanismo più importante è quello che usa l’ATP-asi di traslocazione

 protonica.

Dentro la membrana citoplasmatica dei batteri del latte non ci sono i

trasportatori fissi di elettroni (si trovano solo negli aerobi))

Interazione acidi deboli con la cellula microbica

Mettiamo cellule microbiche a pH acido (es. pH 4) e aggiungiamo un acido

organico debole (Si dissociano in funzione del pH in cui si trovano)

Quindi in questo caso non è dissociato. CH COOH nella forma indissociata è

3

anche lipofilico quindi entra spontaneamente nel doppio strato perché è

piccolo, neutro e lipofilico. Entrando inizia a dissociarsi perché trova il pH 7.

Quindi per mantenere costante il pH rilascia gli H attraverso la pompa ATP-asi.

+

Così si rialza il pH intra.

Questo meccanismo può continuare a lungo. Se non ho nutrienti però cessa la

produzione di ATP e la cellula muore.

Questo meccanismo è in correlazione con la conserva di molti alimenti (un

conservante è l’acido citrico e acido acetico che servono a far morire i

microorganismi per la fatica)

PH e patogeni

Generalmente i patogeni non sviluppano sotto pH 4,0.

Eccezione: Escherichia coli verocitossico (pH 3,9)

Principi di bioenergetica: metabolismo e formazione di

o energia

L’insieme delle reazioni che producono/ rilasciano energia si chiamano

cataboliche, sono reazioni esoergoniche.

I microorganismi crescono con la respirazione che può essere

1) Respirazione aerobia: l’accettore terminale di elettroni è l’ossigeno

molecolare che viene ridotto ad acqua

2) Respirazione anaerobia: l’accettore terminale di elettroni è rappresentato

da composti inorganici (nitrato, ferro ferrico, solfato) o alcuni composti organici.

Nella respirazione l’ATP si forma a spese della forza proton-motrice

(Fosforilazione ossidativa) mentre nella fermentazione NO

3) Fermentazione: l’accettore terminale di elettroni è un composto organico

(generato dal substrato iniziale) che si trova nella cellula. Il processo redox

avviene in assenza di accettori esterni di elettroni.

Nei sistemi biologici la formazione di ATP coinvolge reazioni di ossido-

 riduzione. Ossidazione ovvero rimozione di uno o più elettroni da una

sostanza mentre riduzione, aggiunta di uno o più elettroni a una sostanza.

La tendenza a comportarsi come donatori o accettori di elettroni varia nelle

 diverse sostanze. Questa tendenza è espressa dal loro potenziale di

riduzione misurato in Volt.

Nel catabolismo, il donatore primario di elettroni si può indicare come

 FONTE DI ENERGIA. Il donatore primario cede i suoi elettroni all’accettore

terminale mediante l’intervento di TRASPORTATORI.

- Diffusibili liberi: NAD e NADP

+

- Fissi ovvero legati alla membrana citoplasmatica.

Il NAD è un trasportatori di elettroni e protoni e trasporta 2 elettroni e 2

+

 protoni contemporaneamente, è un coenzima e può girare nel citoplasma.

NADH E FADH (sono ridotti) e vengono riossidati grazie all’acido piruvico che

si riduce e rilascia diversi composti di scarto.


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Clare34

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in biotecnologie (Facoltà di Agraria e di Medicina Veterinaria)
SSD:
Università: Teramo - Unite
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Clare34 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microbiologia e microbiologia generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Teramo - Unite o del prof Corsetti Aldo.

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