Sintesi microbiologia

Microbiologia

Microbiologia: scienza che studia le forme di vita microscopiche.

Principali aree di studio

• Batteriologia (Procarioti: Batteri, Archea)
• Protozoologia (Protozoi)
• Micologia (Lieviti, Muffe)
• Virologia (Virus)

Procarioti

I procarioti costituiscono la maggior quota di biomassa terrestre. La maggior parte degli organismi viventi sulla terra (sia in numero assoluto sia come numero di specie) sono unicellulari.

N. tot procarioti sulla Terra: 5 x 10³⁰ cellule

In 1g di terra: 10¹² microrganismi

In un cm² di pelle: 1000 microrganismi (nella testa in numero maggiore)

La maggior parte dei microrganismi sono benefici:

• Migliorano la fisiologia del nostro corpo (microbiota intestinale)
• Proteggono da batteri patogeni

Patogeni

Patogeni: piccola % di microrganismi che hanno evoluto strategie per nuocere alla salute. Le difese immunitarie (es. microbiota) proteggono da questi.

Abbondanza e ruolo dei microrganismi

Perché i microrganismi sono così abbondanti sulla Terra?

"Polvere eri e polvere ritornerai"

• Qualsiasi sistema vivente prende energia e materia dall’ambiente e le trasforma in cellule.
• Tale processo non può andare avanti all’infinito perché le risorse utilizzate si esaurirebbero.
• La disponibilità non infinita delle risorse è risolta con il "tornar polvere": morte e riciclo della materia di cui un organismo è composto.

I microrganismi svolgono un ruolo predominante e insostituibile in questa operazione indispensabile affinché la vita continui.

Forme e divisione dei procarioti

I procarioti sono piccoli e strutturalmente semplici, tuttavia spesso hanno forme e dimensioni diverse:

• Cocchi: forma sferica
• Bacilli: forma elisoidale (Bacillus subtilis)
• Spirilli: forma di elica (Spirillum volutans)
• Filamentosi: lunghi e sottili
• Spirochete: a spirale (Leptospira, Borrelia, Treponema)
• Vibrioni: a virgola (Vibrio cholerae)

A seconda della divisione:

• Diplococchi e streptococchi: divisione lungo uno stesso piano
• Micrococchi: divisione su due piani
• Sarcine: divisione su tre piani
• Stafilococchi: divisione su più piani

Esempi di batteri

• Streptococcus pneumoniae: agente eziologico polmonite
• Staphylococcus aureus: infezioni all’occhio (orzaiolo)
• Streptococcus pyogenes: faringiti batteriche, scarlattina e altre malattie letali

Struttura della cellula batterica

• Membrana citoplasmatica: doppio strato fosfolipidico in cui generalmente il colesterolo è assente e al suo posto sono presenti composti derivati dagli stessi precursori del colesterolo denominati opanoidi (assenti negli Archea) che servono per conferire rigidità. Svolge molteplici funzioni metaboliche (respirazione, fotosintesi, sintesi di costituenti cellulari, ...). Organizzazione a mosaico fluido: doppiostrato fosfolipidico all’interno del quale fluttuano le proteine. La membrana citoplasmatica dei procarioti ha un contenuto maggiore di proteine, rispetto agli eucarioti, perché svolge funzioni molteplici che negli eucarioti sono dislocate sulla membrana degli organelli.
• Parete cellulare: struttura rigida ma elastica e estendibile all’esterno della membrana citoplasmatica. Presente nella maggior parte dei procarioti (pochi procarioti ne sono sprovvisti):
  • Contribuisce a determinare la forma della cellula procariotica;
  • Impedisce la lisi osmotica;
  • Filtro per sostanze tossiche;
  • Elemento essenziale per la sopravvivenza della cellula batterica: bersaglio di molti antibiotici;
  Formata da peptidoglicano: polimero composto da subunità monomeriche tutte identiche di cui fanno parte due aminozuccheri: l’N-acetilglucosamina e l’acido N-acetil-muramico (deriva dall’ N-acetilglucosamina per aggiunta di acido lattico) Legame B(1,4) tra NAG e NAM catalizzato dall’enzima transglicosidasi. Bersaglio del lisozima (glicosidasi). Legato al gruppo COOH dell’acido lattico si lega un peptide di 4 aa in configurazione L e D alternati. Si formano legami crociati tra le catene tetrapeptidiche catalizzati dall’enzima transpeptidasi. La presenza di D-aa conferisce più resistenza alle proteasi. In realtà gli studi hanno evidenziato che la catena di peptidoglicano è elicoidale e i peptidi protrudono all’esterno in direzioni diverse per prendere contatto con le catene limitrofe.
• Autolisine: tagliano il peptidoglicano pre-esistente in diversi punti per consentire l’inserimento di quello neosintetizzato. Questi enzimi oltre che nell’accrescimento cellulare e nel turn-over del peptidoglicano intervengono anche nel processo di separazione delle cellule figlie dopo la divisione cellulare e nel creare spazi per l’inserimento di strutture esterne quali flagelli, pili e sistemi di secrezione. Molte proteine coinvolte nella biosintesi del peptidoglicano (transglicosilasi, transpeptidasi, autolisine) sono denominate PBP (penicillin binding proteins) per la loro capacità di legare l’antibiotico penicillina.

Colorazione di gram

Nel 1882, a Berlino, Hans Christian Joachim Gram cercò di mettere a punto una tecnica di colorazione per evidenziare i batteri in tessuti polmonari di pazienti morti di polmonite. Scoprì che le cellule batteriche si coloravano più intensamente con cristalvioletto e soluzione di Lugol. Data la scarsità di tessuti reperibili, Gram riciclò vetrini precedentemente colorati, decolorandoli con etanolo e scoprì che batteri come gli pneumococchi conservavano il colore anche dopo il trattamento con etanolo, mentre altri no.

Questa tecnica consiste nel trattare le cellule batteriche con un primo colorante (cristalvioletto), poi trattarle con mordenzante, per favorire penetrazione della colorazione e successivamente con un decolorante a base di alcol: i gram- perdono il cristalvioletto e vengono colorati con un secondo colorante di contrasto (es. safranina) si colorano di rosso, mentre i gram+ restano blu.

Batteri gram positivi e gram negativi

• Batteri gram positivi
  • Bacillus
  • Streptococcus
  • Staphylococcus
  • Clostridium
  • Enterococcus
• Batteri gram negativi
  • Salmonella
  • Pseudomonas
  • Helicobacter
  • Bordetella
  • Neisseria
  • Vibrio

Parete dei gram positivi

E' caratterizzata da un elevato spessore composto in prevalenza da peptidoglicano.

• Acidi teicoici: polimeri anionici contenenti glicerolfosfato o ribitolfosfato, generalmente associati alla D-alanina. Si legano covalentemente allo scheletro polisaccaridico del peptidoglicano. Fonte di fosfato in carenza di questo nutriente (sostituiti dagli acidi teicuronici). Responsabili della carica complessiva negativa della superficie cellulare. Contribuiscono al passaggio di ioni attraverso la membrana cellulare (Ca²⁺, Mg²⁺).
• Proteine associate alla parete:
  • Interazioni tra la cellula ed il suo ambiente: adesine o difesa verso il sistema immunitario dell’ospite;
  • Sintesi e ricambio del peptidoglicano (autolisine, transpeptidasi)

Parete dei gram negativi

Lipoproteina di Braun: ancora la membrana esterna al peptidoglicano.