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Pasteur fu uno dei primi a riconoscere l’importanza degli

• isomeri ottici.

Una molecola è definita otticamente attiva se è in grado di

deviare la luce polarizzata in un’unica direzione. Egli scoprì

che la muffa Asperigillus metabolizzava solo l’acido D-tartarico

che devia la luce verso destra. Il fatto che la muffa fosse in

grado di discriminare tra due isomeri ottici fu molti

importante, egli cominciò a vedere gli organismi viventi

come entità simmetriche.

Questo pensiero influenzò Pasteur nel lavoro sulle

fermentazioni ma anche in quello sulla generazione

spontanea.

Fu invitato a studiare il processo di formazione alcolica che

prima veniva considerato strettamente chimico ma

successivamente tramite l’esperienza accumulata fu da lui

definito come un processo biologico catalizzato da

organismi viventi: cellule di lievito.

Da queste baste basi Pasteur cominciò una serie di

esperimenti sulla generazione spontanea

Il concetto di generazione spontanea esisteva fin dai tempi

• della bibbia.

L’idea base della teoria aveva le radici nella vita quotidiana.

(Esempio: Il cibo lasciato all’aria per un certo periodo andava

in putrefazione e se esaminato risultava brulicante di batteri

ecc.)

La domanda principale era: Da dove veniva questi

organismi visto che non erano stati osservati nel cibo

fresco?

Molti scienziati credevano che essi apparivano

spontaneamente da materiale non vivente per generazione

spontanea.

Nel diciottesimo secolo Francesco Redi eseguì un famoso

• esperimento per verificare se fosse possibile

la generazione spontanea delle larve di mosca; egli collocò

della carne avariata in una serie di barattoli, alcuni chiusi da un

coperchio, altri coperti da una garza e altri ancora lasciati

completamente aperti, in questo modo riuscì a dimostrare che

le larve nascevano solo nei barattoli in cui le mosche

avevano potuto depositare le uova.

Lazzaro Spallanzani scoprì che contenitori contenenti infusi

• organici sigillati ermeticamente e sottoposti a un trattamento

termico rimaneva sterili e solo a lievi fratture del vetro

seguiva la crescita microbica

Fracois Appert affermò che alimenti deperibili chiusi in

• contenitori ermetici con una adeguato trattamento termico

diventavamo stabili a temperatura ambiente grazie alla

distruzione dei microorganismi.

Pasteur fu uno strenuo oppositore della teoria sulla

• generazione spontanea e

Grazie a numerosi esperimento scoprì:

I microorganismi possono essere presenti su materia

1) inanimata: solidi, liquidi, aria

I microorganismi sono distrutti dal calore.

2) E’ possibile sviluppare sistemi tali da prevenire l’accesso di

3) microorganismi ai nutrenti (Tecniche di asepsi)

Vi furono numerose critiche e Pasteur perché dichiararono

• che era necessaria aria fresca e per motivi inerenti alla

bollitura l’aria al interno della fiasca non consentiva la

putrefazione. Egli superò brillantemente le obiezioni con uno

esperimento che utilizzava una fiasca a collo di cigno oggi

chiamata fiasca Pasteur all’interno della quale veniva versato

il liquido nutriente non sterile e successivamente sterilizzato

per riscaldamento.

Dopo il raffreddamento l’aria poteva rientrare ma la

• curvatura del collo impediva l’entrata del materiale

contente batteri. Successivamente venne inclinata la

fiasca in modo che il liquido sterile venisse a contatto con

la parte contaminata e si sviluppassero i microorganismi.

L’esperimento risolse la controversia e a quel momento si

abbandono per sempre l’idea della generazione spontanea.

9. Età dell’oro della microbiologia(1857-1914)

Pasteur studia l’acidificazione del vino e della birra,

• scoprendo che:

In assenza di O i lievi convertono lo zucchero in alcool

 2

(fermentazione)

In presenza di O i batteri trasformano il vino in aceto

 2

Un moderato trattamento termico del vino o della birra

 distrugge la maggior arte dei microorganismi responsabili

dell’alterazione(pastorizzazione)

Tyndall studia l’effetto del calore sulle spore batteriche

• Egli sviluppò il processo di riscaldamento

discontinuo(tyndalizzazione): lasciare in infusione l’alimento

e poi riscaldarlo 1 min. per 5 volte, in modo da far germinare

tutte le spore e sterilizzare il prodotto

1796: il medico inglese Edward Jenner inoculo materiale

• ottenuto dalla scarificazione di pustole del vaiolo bovino

in un bambino introducendo protezione nei confronti del

vaiolo umano(vaccinazione)

Dopo 45 giorni Jenner sottopone il vaccino ad inoculazione

con materiale infetto prelevato da un soggetto malata e il

bambino non contrae l’infezione

Pasteur successivamente svilippò vaccini per l’antracene, il

• colere e la rabbia, il lavoro sul faccino della rabbia fu il suo

successo più famoso.

1860: il chirurgo inglese Joseph Lister utilizza il fenolo per

• disinfezione delle ferite operatorie ipotizzando la correlazione

tra microorganismi e la sepsi chirurgica

10. I postulati di Robert Koch

La dimostrazione che i microorganismi fossero

• responsabili di malattie diede un fortissimo impulso allo

sviluppo della microbiologia come scienza biologica

indipendente.

I primi lavori di Koch riguardavano l’antrace, una malattia

del bestiame che può occasionalmente trasmettersi all’uomo.

Essa è causata dal bacillo sporigeno (Bacillus anthracis).

Stabilì mediante studi di microscopia e usando coloranti

particolari che il batterio era presente sempre nel sangue

degli animali morti per quella malattia ma tuttavia

l’associazione del microorganismi co la malattia non ne

provava la diretta responsabilità.

Dunque utilizzò l’antrace per studiare le relazioni causa-

effetto nelle malattie infettive.

Usò i topi come animali da sperimentazione e dimostrò che

• era possibile prelevare un campione di sangue da un topo

infettato e iniettarlo in un topo sano che in seguito contraeva la

malattia.

Prelevando il sangue da questo secondo animali e iniettandolo

in un altro ancora si ottenevano i sintomi del antrace.

Egli successivamente scoprì che i batteri dell’antrace potevano

essere coltivati in brodi nutrienti fuori dall’ospite.

Koch formulò i seguiti postulati per provare che un

determinato microorganismo è responsabile di una

specifica malattia:

Il microorganismo deve essere costantemente

1. presente negli animali che soffrono della malattia e

non deve essere presente negli animali sani

Il microorganismo deve essere coltivano in una

2. coltura pura al di fuori dell’organismo ospite

La coltura pura se inoculata in un animali

3. suscettibile deve dare i sintomi della malattia

I microorganismi devono venire re-Isolati da un

4. animali da un esperimento infettato e coltivati di

uovo in laboratorio dimostrano di essere identici

all’organismo originale (controprova)

11. Koch e la coltura pura

Per soddisfare il secondo postulato di Koch il sospetto

• patogeno deve essere isolato e cresciuto in coltura senza

contaminazione di altri microrganismi: coltura pura (aggregati

di cellule tutte identiche derivanti dalla stessa cellula)

Egli aveva inizialmente usato una fetta di patata ma presto

sviluppò metodo più raffinati. Osservò che sulla superfice

della fetta di patata esposta all’aria e poi incubata si

sviluppavano colonie batteriche, si rese conto di come il

terreno solido offriva un modo semplice per ottenere colture

pure però non tutti gli organismi erano in grado di crescere su

fette di patate.

Successivamente scoprì soluzioni più uniformi e riproducibili

• come l’agar grazie al suo collega Walter Hesse.

L’agar è un polisaccaride derivante delle alghe rosse e

contiene numerose proprietà che lo rendono adatti come

agente gelificante per i terreni di coltura biologica. E’ solido a

37 gradi e rimane liquido fino circa a 45 gradi dopo il processo

di sterilizzazione in modo da poter essere versati in piastre

sterili. Esso non è degradato dalla maggior parte dei batteri ed

è piuttosto trasparente permettendo così di differenziare

facilmente le colonie batteriche.

Koch inoltre scori l’agente eziologico della tubercolosi

• grazie ai suoi postulati.

Nel 1887 Petri un batteriologo inventò la piastra Petri che

• era molto vantaggiosa. Le due parti da cui era composta

potevano essere sterilizzate speratamene dal terreno e in

seguito all’aggiunta di terreno fuso nella più piccola, l’altra più

grande poteva fungere da coperchio prevenendo le

contaminazioni.

Nel 1884 Chamberland inventa i filtri da batteriologia

• Nel 1892 Iwanosky utilizza i filtri da batteriologia per lo

• studio del

Mosaico del tabacco e scopre i virus filtrabili.

12. Gli anni Sessanta: l’ingegneria genetica e il nuovo

Millennio

Berg dimostra che frammenti di DNA umano che codificano

• proteine possono essere inseriti nel DNA batterico e l’ibrido

ottenuto è il primo esempio di DNA ricombinante

Si scoprono i prioni ovvero piccole particelle proteiche

• infettanti ritenute agenti causali delle encefalopatie.

Si diffonde l’uso della tossina botulinica(botox) in medicina

• estetica

Essa è in grado di bloccare l’impulso nervoso (distende la

pelle ed elimina le ruche)

Bioterrorismo: contaminazione da carbonchio come arma

• biologica

Si scopre batterio che si nutre di arsenico

• Il policiclico genameli studia il trapianto del microbiota

• ovvero dei microorganismi che vivono nell’intestino (si

trapianta l’intero colon di un a persona sala in una malata)

I microorganismi sono utili anche per la nostra salute e alcuni

• sono riconosciuti come psicobiotici poiché stando nell’intestino

influenzano il nostro cervello

13. Microscopia

La visualizzazione dei microorganismi richiede l’uso del

• microscopio ottico o del microscopio elettronico.

Il microscopio ottico è usato per esaminare cellule a

ingrandimento relativamente basso mentre quello elettronico

per osservare cellule e strutture a ingrandimento più elevato.

Tutti i microcopi fanno usato di lenti che ingrandiscono

l’immagine.

L’ingrandimento non è il fattore limitante della nostra capacità

di vedere oggetti piccoli ma è la risoluzione (capacità di

mostrare due oggetti adiacenti distinti e separati) a governare la

capacità di vedere qualcosa di piccolo.

L’ingrandimento può essere aumentato senza limite mentre la

risoluzione no perché è una funzione delle proprietà fisiche

della luce.

Il microcopio ottico -6

Il limite di risoluzione è di circa 0,2 µm (10 m) ed utilizza la

• luce visibile per illuminare le strutture cellulari. Il più comune è

detto microcopio composto perché contiene due serie di

lenti, l’obiettivo e l’oculare che funzionano in combinazione

per formare l’immagine.

La sorgente è focalizzata sul preparato mediante condensatore .

• L’ingrandimento totale è uguale al prodotto

dell’ingrandimento del suo obiettivo e delle lenti oculari. Il

limite superiore per l’ingrandimento del microcopio ottico è di

circa 2000X. A ingrandimenti superiori la risoluzione non migliora.

La risoluzione è una funzione della lunghezza d’onda della

luce ed è una caratteristiche delle lenti dell’obiettivo nota

come apertura numerica (misura della capacità di catturare la

luce).

Vi è una relazione tra l’ingrandimento di una lente e la sua

apertura numerica: lenti con ingrandimento maggiore hanno un

apertura numerica più alta.

Il diametro dell’oggetto più piccolo che può essere risolto è

pari a 0,5λ/apertura numerica. Λ è la lunghezza d’onda della

luce usata.

La risoluzione è maggiore se viene utilizzata la luce blu (ha

una lunghezza d’onda minore della luce bianca o rossa) e

l’obbiettivo ha un’apertura numerica molto alta.

I microscopi usati hanno lenti degli oculari che ingrandiscono 10-

20X e lenti dell’obbiettivo 10-100x. Con l’ingrandimento 1000x

possono esser risolti oggetti di 0,2µ mentre con obbiettivo

100X tra l’obiettivo e il campione viene posto un olio e le

lenti vengono chiamate (lenti a immersione). L’olio aumenta la

capacità della lente di catturare la luce permettendo ai raggi che

emergono dal campione con un angolatura elevata di essere

raccolti e osservati.

Per mettere a fuoco bisogna agire prima sulla vite

 macrometrica e poi sulla micrometrica. Una volta messa a

fuoco il microorganismo è detto confocale ovvero non è

necessario spostare nuovamente il fuoco anche se si

spostano gli obiettivi del revolver.

Aumentando l’ingrandimento dell’obbiettivo diminuisce la

distanza di lavoro.

In microbiologia sono usati diversi tipi di microscopio ottico:

• In campo chiaro

1) A contrasto di fase

2) A contrasto di fase interferenziale

3) In campo oscuro

4) A fluorescenza

5)

Tutti forniscono immagini bidimensionali

Con il microscopio in campo chiaro i campioni sono visualizzati

1) grazie a lievi differenze di contrasto tra loro e il mezzo

circostante (Le differenze si generano perché le cellule

assorbono o disperdono in modo diverso al luce).

Con questo microscopio non è facile osservare le cellule

batteriche perché non presentano un contrasto significativo con il

mezzo circostante.

I coloranti possono essere usati per colorare le cellule ed

• aumentare il loro contrasto. In campo chiaro, i coloranti sono

composti organici e ciascuno ha affinità per specifici

materiali cellulari.

Coloranti= gruppo cromoforo+ gruppo responsabili del

 legame

Tipi di legame= ionico, covalente, idrofobo.

 Coloranti ionizzabili:

 Basici o cationici(carica+) = blu di metilene, fucsina basica,

cristal violetto, safranina, verde malachite.

Acidi o anionici (carica -) = eosina, rosa bengala.

Coloranti covalenti= reagente di Schiff (metodo Feulgen)

 Coloranti idrofobici = Sudan III (nero Sudan)

 Coloranti basici si legano a componenti cellulari con carica

o negativa come gli acidi nucleici e i polisaccaridi acidi e

anche alle strutture superficiali della cellulari.

Per eseguire una colorazione: un vetrino pulito contenente una

• sospensione fissata di cellule viene coperto per 1-2 min. con una

soluzione diluita di colorante basico, sciacquato più volte con

acqua e lasciato asciugare. Successivamente le preparazioni

colorate di batteri vengono osservate con lenti ad alto

ingrandimento (a immersione in olio)

Colorazioni differenziali: la colorazione di Gram

Le colorazioni differenziali, colorano in maniera diversa differenti

• tipi di cellule. La più utilizzata è la colorazione di Gram e in base

alla loro reazione alla colorazione, i batteri possono essere

divisi in due gruppi: Gram-positivi (colore porpora-viola) e

gram-negativi (colore rosa).

La differenza di colorazione deriva dalla differenze nelle struttura

delle parete cellulari.

Colorazioni per particolari strutture cellulari:

Colorazione negativa: inchiostro di china o nigrosina per

 rilevare la presenza della capsula batterica

Colorazione di Shaeffer-Fulton: verde malachite (colora le

 spore riscaldate) + safranina (colora le cellule)

Colorazione di Leifson o di Gray: para rosanilina o fucsina

 basica per colorare i flagelli, vi è trattamento preliminare con

acido tannico e allume di potassio per aumentare lo

spessore dei flagelli

2-4) La colorazione uccide le cellule e può distorcere le loro

strutture ma vi sono due tipi di microscopi ottici che aumentano il

contrasto senza utilizzare la colorazione.

Il microscopio a contrasto di fase è utilizzato per

1) l’osservazione di preparati a fresco(vitali).

E’ basato sul principio che le cellule hanno un diverso indice

di rifrazione rispetto al mezzo circostante. La luce che passa

attraverso una cellula ha quindi una fase diversa da quelle della

luce che passa attraverso il liquido in cui è immersa. Questa

differenza è amplificata da un dispositivo presente alla lente

dell’obbiettivo chiamato anello di fase che porta a formare un

immagine scura in un campo luminoso. L’anello consiste di un

piano fasico che amplifica la variazione minima di fase

Uno speciale componente ottico amplifica l’effetto di ritardo

 della luce che attraversa il campione: oggetto scuro su

sfondo chiaro.

Il microscopio in campo scuro è un microscopio ottico in cui la

4) luce raggiunge il preparato solo lateralmente.

L’unica luce che raggiunge la lente è quella dispersa dal

campione che appare chiaro in campo scuro. Viene utilizzato

per osservare la motilità microbica perché vi è una buona

risoluzione dei fasci di flagelli.

Il microscopio a fluorescenza si utilizza per quei campioni che

5) emettono fluorescenza cioè emettono luce di un colore in

seguito all’eccitazione da parte di luce di un altro colore. Le

cellule risultano fluorescenti sia perché contengono sostante

naturalmente fluorescenti (es clorofilla, fenomeno auto

fluorescenza) sia in seguito a colorazione con un fluorescente.

Un colorante fluorescente usato è il DAPI che colora le

cellule di blu brillante e si lega al DNA cellulare.

Prevede l’impiego di sostanze colorate fluorescenti

 presenti nella cellula o rese specifiche da un anticorpo nei

confronti di particolari macromolecole.

Il sistema BacLight viene usato per la determinazione

 diretta delle cellule vive e morte.

E’ necessario un microscopio a fluorescenza:

Il sistema contiene due coloranti fluorescenti che si

o legano al DNA

Il colorante verde entra sia nelle cellule vive che in quelle

o morte

Il colorante rosso entra solo nelle cellule morte.

o Risultato: cellule morte= rosse cellule verdi= vive.

Immagini tridimensionali della cellula con l’utilizzo di

microscopi ottici.

Microscopio a contrasto di fase interferenziale (DIC)

1) Microscopio a forza atomica (AFM)

2) Microscopio confocale a scansione laser (CSLM)

3) DIC è un tipo di microscopio ottico che usa un

1) polarizzatore nel condensatore per produrre luce

polarizzata (luce su un singolo piano). La luce polarizzata

passa attraverso un prisma e genera due fasci distinti che

attraversano il preparato ed entrano nella lente del

obiettivo dove vengono ricomposti in un unico fascio.

I due fasci passano attraverso sostante differenti con indice

di rifrazione differente e non riescono a essere totalmente in

fase cosi creano un effetto di interferenza. Questo effetto

intensifica le piccole differenze strutturali permettendo

di visualizzare come tridimensionali strutture come il

nucleo, l endospore.

E’ utilizzate per osservare cellule non colorate e

strutture cellulari interne non visibili con la microscopio

in campo chiaro

AFM visualizza tridimensionalmente strutture biologiche.

2) Una punta sottilissima viene posta vicino al campione in

modo da stabilire forze atomiche repulsive deboli tra le

sonda e gli atomi sulla superfice, la punta si muove sulla

superfice facendone una scansione. Viene registrate ogni

deviazione (rilievi e avvallamento) in modo continuo. Le

informazioni sono raccolta da una serie di rilevatori che le

inviano in forma digitale ad un computer che genere

immagine. Vengono utilizzati preparati vitali.

CSLM è un microscopio computerizzato che accoppia

3) l’uso del laser come sorgente luminosa alla

microscopia a fluorescenza.

Permette di generare immagini tridimensionali

ricomponendo il profilo di diversi piani del campione

messi a fuoco. Il fascio di laser illumina in modo preciso un

singolo piano del campione, il CSLM elimina la disperazione

di luce degli atri piani di fuoco.

Vi è un aumento del limite di risoluzione da 0,2µm a 0,1

µm.

In genere le cellule vengono colorate con coloranti

fluorescenti per renderle più visibili.

Il CSLM è dotato di un computer che assembla le

immagini digitali per successive elaborazioni. E’ utile

ovunque si debbano esaminare campioni con un certo

spessore per valutare le variazioni del contenuto microbico

in funzione della profondità.

Microscopio elettronici.

I microscopi elettronici utilizzano elettroni λ=5 picnometri al

• posto dei fotoni per visualizzare le cellule e la loro struttura.

Hanno una risoluzione 1000 volte superiore rispetto al

microscopio elettronico.

I fasci elettronici vengono messi a fuoco da elettromagneti e

sono dotati di una macchina che permette di scartare

fotografie detta micrografie elettroniche.

Non possono essere impiegati per osservare cellule vive.

Microscopio elettronico a trasmissione (TEM)

1) Microscopio elettronico a scansione (SEM)

2) TEM è usato per esaminare le cellule a ingrandimento molto

1) elevato, permette di visualizzare strutture anche a livello

molecolare.

Questo ampiamento del potere di risoluzione è dovuto al

fatto che la lunghezza d’onda degli elettronico è molto più

corta di quella della luce visibile. La lunghezza d’onda

influenza la risoluzione. Il potere di risoluzione del TEM è di

-9

0,2 nm. (1nm= 10 m)

Tuttavia al contrario della luce visibile, i fasci di elettroni non

penetrano bene nel preparato e anche una singola cellula

sarebbe troppo spessa per rilevare la sua struttura

interna. Dunque la preparazione dei campioni richiede la

produzione di sezioni. Inoltre per ottenere un contrasto

sufficiente i preparati possono esser tratti con coloranti

come l’acido osmico e Sali di uranio (queste sostanze sono

composte da atomi ad alto peso atomico che disperdono bene

gli elettroni migliorandone il contrasto)

2) Se interessano solo caratteristiche esterne di un

organismo e non corrono sezioni sottili dunque cellule

intatte possono essere visualizzati al TEM con una tecnica

chiamata colorazione negativa o può essere utilizzato il

SEM.

Con il SEM, il preparato viene ricoperto di un sottile strato

di metallo pesante (l’oro). Un fascio di elettronico effettua la

scansione sulla superficie e gli elettroni dispersi dal

rivestimento metallico vengono utilizzati per produttore

immagini su schermo. E’ possibile osservare campo di

dimensioni piuttosto grandi e inoltre la profondità del

campo è molto elevata.

Una popolazione microbica è un insieme di

 microorganismi identici che derivano da un’unica cellula.

L’λ permette al m.e di migliorare la qualità. Gli e

 viaggiano nel vuoto e quindi non possono osservare le

cellule vive.

14. Cellule procariotiche ed eucariotiche

(caratteristiche comuni)

Tutte le cellule hanno:

Una barriera di permeabilità chiamata membrana

• citoplasmatica che separa l’interno della cellula, il citoplasma,

dall’esterno.

Il citoplasma è una miscela acquosa di macromolecole (lipidi,

• proteine, acidi nucleici, polisaccaridi) e piccole molecole

organiche (precursori di macromolecole) e vari ioni inorganici

e ribosomi (strutture che sintetizzano proteine cellulari che

interagiscono con le proteine citoplasmatiche e RNA sia

messaggeri che di trasferimento nel processo della sintesi

proteica detta traduzione)

La parete cellulare conferisce forza struttura alla cellula ed è

più robusta della membrana. E’ localizzata all’esterno della

membrana del citoplasma. Le cellule vegetali e la maggior

parte dei microorganismo la possiedono mentre è assente nelle

cellule animali.

15. Cellule eucariotiche

Le cellule eucariotiche ospitano il loro DNA in un nucleo

• rivestito da membrana. Hanno dimensioni maggiori e sono

strutturalmente più complesse.

I processi chiave di replicazione del DNA (trascrizione e

• traduzione) sono compartimentalizzati: la replicazione e

trascrizione (sintesi del RNA) avviene nel nucleo, la

traduzione (sintesi proteica) avviene nel citoplasma. Le cellule

delle piante e degli animali sono eucariotiche.

I microorganismi eucariotici includono: le alghe e protozoi

chiamati protisti, i funghi e le muffe mucillaginose.

Presentano nel citoplasma strutture circondati da membrane

• chiamate organelli: nucleo, mitocondri e cloroplasti (presenti

nelle cellule fotosintetiche). I mitocondri e cloroplasti svolgono

funzioni dedicate alla produzione di energia mediate i processi di

respirazione e fotosintesi.

Cellule di diametro di 0,8 µ

16. Cellule procariotiche

Hanno una struttura cellula interna più semplice e priva di

• organelli.

Possono accoppiare la trascrizione direttamente alla

• traduzione perché il DNA risiede nel citoplasma e non è

racchiuso nel nucleo.

Possiede genomi piccoli e compatti costituti da DNA

• circolare.

Utilizza la propria membrana citoplasmatica in reazioni per la

• produzione di energia poiché non vi sono i mitocondri. Ha

una serie di ribosomi.

Un tipico procariote bastoncellare è lungo da 1 a 5 µm e largo

• circa 1µ. Può essere da 10 a 100 volte più piccola di quella

eucariotica.

Composizione: tutte le cellule contengono proteine, lipidi, acidi

 nucleici (DNA e RNA) e polisaccaridi

Struttura: tutte le cellule possiedono un citoplasma

 delimitato da una membrana fosfolipidica

Funzioni: tutte le cellule sintetizzano proteine nei ribosomi

17. I virus

I virus non sono cellule, essi sono molto più piccoli e

• mancano di molti degli attributi che definiscono una cellula.

Una particella virale non è un sistema aperto ma è statica e

• stabile incapace di scambiare o sostituire le sue parti da

sola.

Solo quando un virus infetta cellule acquisisce l’attributi di un

sistema vivente: la capacità di replicarsi.

Non hanno capacità metaboliche, possiedono geni propri

• ma mancano dei ribosomi per sintetizzare le proteine.

Contengono un solo tipo di acido nucleico che può essere si

• DNA sia RNA

Sono in grado di infettare ogni tipo di cellula anche quelle

• microbiche e causare malattia nell’organismo infettato, le

infezioni possono causare alterazioni genetiche migliorando le

funzioni cellulari.

Principali differenze tra microorganismi: virus

Invisibili al microscopio ottico

• Struttura acellulare, molto semplice

• Composti prelevatemene o esclusivamente da proteine e da un

• acido nucleico (DNA o RNA)

Talvolta provvisti di uno strato lipidico esterno (“envelope”)

• Parassiti obbligati (si riproducono sfruttando l’apparato cellulare

• dell’ospite)

18. Progetto internazionale “All Species Inventory”,

2001.

Obiettivo: identificare e documentare tutte le specie viventi sulla

terra entro i prossimi 25 anni.

Si stima che il numero di specie vari tra 10 e 100 milioni e che,

ad oggi, solo 1,7 milioni siano state identificate.

La classificazione si basa sul fenotipo.

• Suddivisione degli esseri viventi in 5 Regni (Robert H.

Whittaker).

In basa a diversi criteri:

Tipo di cellula: procariotica o eucariotica.

1) Livello di organizzazione cellulare: isolata, unicellulare a

2) colonia o pluricellulare.

Tipo di nutrizione: assimilazione, assorbimento,

3) ingestione. procarioti

• Monera o Procaryotae (Procarioti): organismi con

diversi tipi di nutrizione: batteri. eucarioti

Protista (Protisti): organismi unicellulari, con

• cellule isolate o in forma coloniale. Diversi tipi di nutrizione:

protozoi, alghe, miceti più semplici (muffe mucillaginose).

Fungi (Funghi o Miceti): organismi eucarioti, uni o pluricellulari,

• spesso plurinucleati, che si nutrono per assimilazione: lieviti,

muffe, funghi fruttiferi.

TRE REGNI SU 5 SONO COSTITUITI DA MICROORGANISMI.

Animalia (Animali): animali pluricellulari che si nutrono per

• ingestione.

Plantae (Piante): piante pluricellulari con cellule eucariotiche

• fornite di parete e in grado di compiere la fotosintesi (nutrizione

fotoautotrofica).

I microorganismi

• Sono Procarioti: batteri

Sono Eucarioti: protozoi, alghe, miceti (lieviti e muffe)

Sono Acellulari: virus, viroidi, virusoidi, prioni

19. I tre domini della vita.

La classificazione attuale si basa sul genotipo. Dal confronto

• delle sequenze di rRNA sono state identificate tre distinte linee

evolutive cellulari chiamate Domini: I Bacteria, gli Archae

(costituiti entrambi da organismi procarioti) e gli Eukarya

(eucarioti). I tre domini derivano da un antenato universale

comune LUCA.

20. Diversità metabolica

Tutte le cellule richiedono una fonte di energia e una strategia

• metabolica. L’energia può essere ottenuta da 3 fonti in natura:

sostanze organiche, inorganiche e luce.

1) Chemiorganotrofi

Ricavano energia da sostanze chimiche, che è ottenuta per

ossidazione dei composti e infine conservata nella cellula sotto

forma di ATP. Microorganismi che ottengono energia solo in

presenza di ossigeno: aerobi.

Microorganismi in assenza di ossigeno: anaerobi.

2) Chemiolitotrofi

Molti procarioti possono ottenere energia dall’ossidazione di

composti inorganici. Possono essere ossidati diversi composti

tra cui idrogeno, solfuro d’idrogeno, ammoniaca, ione ferroso. E’

una strategia vantaggiosa perché molti composti ossidati dai

Chemiolitotrofi sono prodotti di scarto del metabolismo dei

Chemiorganotrofi

3) Fototrofi

I microorganismo possiedono pigmenti che permettono di

trasformare l’energia luminosa in energia chimica. Le loro

cellule sono pertanto colorate. E’ vantaggiosa perché la luce del

sole è disponibile in molti habitat microbici

Vi sono due forme di fototrofia: fototrofia ossigenica che

porta alla produzione di ossigeno (cianobatteri e alghe)

Fototrofia anossigenica non porta alla produzione di ossigeno

(batteri rossi e verdi e eliobatteri)

4) Eterotrofi e autotrofi

Tutte le cellule richiedono carbonio in grandi quantità: si dicono

eterotrofe quelle che come fonte di carbonio richiedono

composti organici

Autotrofe utilizzano come fonte di energia il diossido di

carbonio.

I Chemiorganotrofi sono eterotrofi e la maggior parte dei

Chemiolitotrofi e dei fototrofi sono autotrofi.

21. Bacteria

Il dominio dei Bacteria racchiude un’enorme varietà di

• procarioti: tutti i procarioti patogeni sono Bacteria così come

migliaia di specie non patogene. Nel dominio si osservano

caratteristiche diverse sia nella morfologia sia nella capacità

fisiologiche.

1. Proteobacteria

Rappresentano il Phylum più numeroso di questo dominio.

Molti batteri Chemiorganotrofi incluso Escherichia Coli, diverse

specie fototrofe e Chemiolitotrofi appartengono al dominio. Molte

di queste usano per il loro metabolismo H S producendo zolfo

2

elementare che viene conservato sia all’interno che all’estero

della cellula.

Comprendono specie come pseudomonas che possono

degradare complessi organismi e sintetici anche tossici,

Azotobacter un batterio che fissa l’azoto utilizzando l’azoto

gassoso e altri importanti patogeni come Salmonella, rickettsia.

2. Batteri gram-positivi

Il Phylum comprende molti microorganismi che condividono un a

comune filogenesi e una struttura della parete cellulare simile.

Troviamo batteri produttori di endospore: generi Bacillus e

Clostridium e altri batteri formanti spore come Streptonyces.

Troviamo batteri produttori di acido lattico come streptococcus e

lactoacillus.

Micoplasmi che mancano di parete cellulare e hanno genomi

molto piccoli, comprendono specie patogene molto importanti

CARATTERISTICHE GENERALI: BACTERIA

Riproduzione generalmente per scissione binaria

 Nutrizione eterotrofa: solitamente composti organici

 derivati da organismi viventi o morti (ma esistono, ad es. b.

fotosintetici e b. nitrificanti)

Mobilità, in alcuni batteri, per flagelli

3. Cianobatteri

Sono filogeneticamente correlati ai batteri Gram- positivi e sono

fototrofi ossigenici. I cianobatteri sono stati i primi organismi fototrofi

ossigenici comparsi sulla terra. La produzione di ossigeno in un

ambiente originariamente senza ossigeno ha aperto la via

all’evoluzione.

Principali differenze tra microorganismi: cianobatteri

Sono attualmente inclusi nel gruppo dei batteri (nonproteobatteri)

 Procarioti, un tempo classificati come alghe verdi-blu

 Presenza di fotosintesi

 Produzione di metaboliti tossici (es. cianoginosine)

 Contaminazione di acque non trattate o di rete idrica pubblica

22. Archaea

Possono sopportare la disidratazione, tanto da vivere in acque

• satura di sale (Halobacterium);

Sono stati trovati sui fondali oceanici vicino a bocche

• eruttive a temperature di 120° ed oltre e a pressioni

elevatissime che impediscono l'ebollizione dell'acqua;

La loro parete è priva di peptidoglicani, catene lineari di

• polisaccaridi che costituiscono le pareti cellulari degli Eubatteri;

Possiedono un pigmento sensibile alla luce rossa, la

• alorodopsina

23. Eukarya protozoi

Principali differenze tra microorganismi:

Microorganismi unicellulari

 Nucleo cellulare distinto, circondato da membrana nucleare,

 contenente il materiale genetico (eucarioti)

Privi di parete cellulare

 Privi di attività fotosintetica

 Quasi sempre molto mobili (flagelli, ciglia, pseudopodi)

 Riproduzione sessuata o asessuata

 Nutrizione eterotrofa: composti organici derivati da

 organismi viventi o morti alghe

Principali differenze tra microorganismi:

Microorganismi solitamente unicellulari

 Eucarioti fotosintetici: richiedono luce ed aria ma non composti

 organici

Parete cellulare composta da cellulosa

 Mobili o immobili

 Morfologia estremamente varia

 Riproduzione sessuata o asessuata

 Presenti nelle acque dolci e salate, nel terreno e in associazione

 con le piante

Fonti di polimeri di interesse alimentare (alginati, carragenine)

 Possono produrre neurotossine (es. paralitic shellfish poisoning,

 ciguatossina) miceti

Principali differenze tra microorganismi:

Microorganismi unicellulari o filamentosi

 Nucleo cellulare distinto, circondato da membrana nucleare,

 contenente il materiale genetico (eucarioti)

Parete cellulare composta da polimeri polisaccaridici (es.

 chitina, -lucani)

Membrana citoplasmatica contenente ergosterolo

 Miceti filamentosi (micelio composto da ife). Dimorfismo.

 Riproduzione mediante spore

Nutrizione eterotrofa: composti organici derivati da organismi

 viventi o morti (non fotosintesi)

24.Morfologia

Il termine morfologia significa forma della cellula.

Tra i procarioti sono note diverse morfologie.

• Un batterio di forma sferico o ovoidale è detto Cocco (plurale

cocchi)

• Un batterio di forma cilindrica è detto bastoncello o bacillo.

Alcuni bastoncelli si avvolgono in forme a spirale dette spirlli

Le cellule di molti procarioti dopo la divisione cellulare restano

associate a formare dei gruppi. Alcuni cocchi formano lunghe

catene (Streptococcus) altri strutture tridimensionali

(Sarcina) o irregolari e a grappolo (Staphylococcus)

• Diversi batteri sono riconoscibili dalla forma inusuale delle loro

cellule (batteri peduncolari, filamentosi)

• La morfologia cellulare è facilmente riconoscibile ma non

fornisce informazioni utili a prevedere altre proprietà della

cellula

E’ impossibile prevedere la fisiologia, l’ecologia, la filogenesi di

una cellula procariotica conoscendo semplicemente la sua

morfologia.

• Nel determinare la morfologia di una data specie

probabilmente entrano in gioco diverse forze selettive:

l’ottimizzazione dell’assorbimento di nutrienti, mobilità in

ambienti viscosi (forma spirale, elicoidali), mobilità per

scivolamento (batteri filamentosi)

La morfologia cellulare è controllata geneticamente e si è evoluta

per massimizzare il valore adattativo di una specie in un habitat.

Batteri monomorfi e pleomorfi

 La maggior parte dei batteri è monomorfa: mantiene una

sola forma.

Alcuni batteri sono geneticamente pleomorfi: possono

assumere più di una forma (es. Corynebacterium,

Brochothrix thermosphacta).

25. Dimensioni cellulari

• Le cellule procariotiche hanno dimensioni che variano da un

diametro di 0,2 µ

m a un diametro superiore a 700 µ

m.

Dimensioni medie: 0,2 - 5 µm diametro, 0,2 - 10 µm

lunghezza.

Batteri di dimensioni giganti

• Epulopiscium fishelsoni: 50 µm diametro, 500 - 800 µm

lunghezza (simbionte del pesce chirurgo).

Batteri di piccola dimensione

• Micoplasmi: 0,3 µm diametro.

Nano batteri: 0,1 µm diametro. Le dimensioni ridotte dei

procarioti offrono importanti vantaggi.

Le cellule piccole hanno una maggiore superfice

relativamente al volume cellulare rispetto alle cellule grandi:

hanno un rapporto superfice/volume (S/V) maggiore.

Es: considerando un cocco di forma sferica, il suo volume sarà

2

(V=4/3 pregreco) mentre la sua superfice sarà (S=4pigrecor ).

Quindi il suo rapporto S/V sarà 3/r. Con l’aumentare delle

dimensioni di una cellula, il suo rapporto S/V diminuisce.

• Il rapporto S/V di una cellula influenza diversi aspetti della

sua biologia, inclusa l’evoluzione:

1) il rapporto S/V più alto di una cellula piccola favorisce un tasso

più veloce di scambio di nutrienti per unità di volume cellulare in

confronto a quello di una cellula più grande.

2) influenza l’evoluzione perché ogni volta che una cellula si

divide, il suo cromosoma si replica. Durante la replicazione del

DNA avvengono errori occasionali chiamate ‘’mutazioni’’.

Maggiore è il numero di mutazioni e maggiore saranno le

possibilità evolutiva. Dato che le cellule procariotiche sono

molto piccole e aploidi, hanno la capacitò di crescere ed

evolvere più rapidamente delle cellule più grandi diploidi.

26. Dimensioni minime della cellula

• I batteri più sono piccoli e più sono avvantaggiati in natura.

Tuttavia esistono dei limiti inferiori di dimensione anche per

le cellule.

Limite dimensionale critico: è il limite inferiore della

dimensione cellulare necessario a contenere i ribosomi, il

materiale genetico e gli altri componenti cellulari essenziali

(strutture di diametro 0,15µm sono al limite)

Non tutti i microorganismi necessitano di parete

 cellulare(protozoi). Le parti indispensabili sono i ribosomi e il

materiale genetico. Più membrana espone e più nutrienti

assume. Più la cellula diventa grande e più a parità di volume

diminuisce la superfice che espone. I batteri espongono il doppio

della superfice rispetto ai lieviti quindi a parità di condizioni

ambientali sono più avvantaggiati.

27. Strutture di superficie nei batteri - capsula, strato

mucoso, glicocalice

• Capsula:

Oltre alla parete cellulare, le cellule procariotiche possono avere

ulteriori strati o strutture a contatto con l’ambiente esterno

circostante di natura polisaccaridica o (più raramente)

polipeptidica.

Le capsule o gli strati mucosi possono essere spessi o

sottili, rigidi o flessibili, in base alla composizione chimica o

al grado di idratazione.

1) Se lo strato è organizzato in una fitta matrice che non

permette il passaggio di piccole particelle, aderisce in modo

compatto alla superficie ed è chiaramente differenziabile

dall’ambiente (colorazione negativa); è chiamato capsula

Colorazione negativa: si mette una goccia di inchiostro su una

 cellula viva.

2) Se lo strato è più facilmente deformabile e non è in grado

di impedire il passaggio di particelle, il materiale è distribuito

in modo lasso e diffuso nell’ambiente circostante è chiamato

strato mucoso

3) Se è composta da fibrille polisaccaridiche lasse che

favoriscono l’adesione della cellula batterica alle

superfici solide e/o ad altre cellule batteriche (“biofilm”) è

chiamato glicocalice.

• Funzioni delle strutture di superficie: capsula

Essa favorisce l’azione patogena.

Meccanismi:

1. protezione della parete da agenti antibatterici naturali;

2. adesione e colonizzazione dei tessuti;

3. protezione dalle cellule fagocitarie

I batteri patogeni capsulati sono più difficili da riconoscere e da

distruggere. Antigeni capsulati---- i nostri anticorpi riescono a

riconoscere parti della capsula.

• Funzione delle strutture di superficie: glicocalice

Nei batteri di interesse alimentare ed in quelli di interesse

medico: il glicocalice favorisce l’adesione alle superfici e la

creazione del BIOFILM.

Un biofilm è una matrice polisaccaridica adesa ad una superfice

che contiene cellule batteriche. I biofilm si formano in un

processo a più stadi:

1) Adsorbimento reversibile di cellule planctoniche a una

superficie

2) Adesione irreversibile delle stesse cellule

3) Crescita cellulare e produzione di polisaccaridi

4) Un ulteriore sviluppo per formare il biofilm maturo

Perché i batteri formano biofilm:

Difesa

– Creazione di una nicchia favorevole

– Associazione tra cellule

– Aumentare la possibilità di sopravvivenza in ambienti

naturali.

FCS = superfici a contatto con alimenti: protesi, smalto dei denti

(Streptococcus mutans carie). Assorbe acqua aiuta il batterio a

resistere all’essiccamento

APPLICAZIONI INDUSTRIALI Gli EPS microbici sono bio-

• addensanti che grazie alla loro capacità di dispersione ed

all’elevata viscosità in soluzioni acquose, sono utilizzati nelle

formulazioni alimentari come addensanti, gelificanti, stabilizzanti

ed emulsionanti in sciroppi, sughi, succhi di frutta,

zuppe.Migliorano la reologia, la texture e l’aroma.

Un’applicazione recente degli EPS in caseificazione: i

• formaggi “low-fat”

In formaggio Cheddar con riduzione in grasso del 50%, ceppi di

Lactococcus lactis subsp Cremoris produttori di EPS,

determinano, al termine della maturazione (6 mesi a 7°C), un

aumento della ritenzione di umidità ed una maggiore resa in

formaggio

28. Il citoplasma

E’ Acquoso, denso, semitrasparente ed elastico.

• Composizione: 80% acqua, soprattutto proteine (enzimi),

• glucidi, lipidi, ioni inorganici, piccole molecole. Ha una

concentrazione di sostanze disperse maggiori rispetto

all’ambiente esterno----- EQUILIBRIO IONICO POSITIVO.

PH = 6,8 – 7,1. Il pH neutro (circa 7) perché la maggior parte

• degli enzimi ha necessità di funzionare in ambiente neutro.

Il pH citoplasmatico è influenzato da quello esterno ma non è lo

stesso.

I batteri non hanno un sistema di termoregolazione ma

hanno un sistema di regolazione del pH e per mentene

l’omeostasi consumano energia.

Differenza del citoplasma procariotico rispetto al citoplasma

• delle cellule eucariotiche: assenza di organuli circondati da una

membrana unitaria, assenza di citoscheletro e della corrente

citoplasmatica.

Il citoplasma non è una porzione inerte della cellula.

29. Le inclusioni citoplasmatiche

Possono essere di varia natura (organiche o inorganiche),

• alcune comuni a molti batteri e altre specie-specifiche. Sono

accumuli di sostanze di riserva all’interno del citoplasma.

1) Granuli polisaccaridici


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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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