Indice di microbiologia: tappe evolutive, cellule procariotiche ed eucariotiche, virus

INDICE

1. PRINCIPALI TAPPE EVOLUTIVE DELLA MICROBIOLOGIA

   pag. 1

2. PRINCIPALI CARATTERI DEI MICRORGANISMI

   pag. 2

3. CELLULA PROCARIOTICA

   pag. 4

4. Citoplasma

   pag. 4

5. Membrana citoplasmatica

   pag. 6

6. Parete cellulare

   pag. 7

7. Strutture di superficie

   pag. 8

8. Appendici

   pag. 9

9. Endospore

   pag. 10

10. CELLULA EUCARIOTICA

    pag. 12

11. Confronto tra cellula procariotica ed eucariotica

    pag. 13

12. VIRUS

    pag. 14

13. MICROSCOPIA

    pag. 16

14. NUTRIZIONE MICROBICA

    pag. 18

15. Composizione della cellula microbica

    pag. 18

16. Fattori di crescita

    pag. 19

17. Gruppi nutrizionali

    pag. 20

18. Assunzione dei nutrienti

    pag. 20

19. COLTIVAZIONE DEI MICRORGANISMI

    pag. 22

20. Terreni di coltura

    pag. 22

21. Colture miste e pure

    pag. 23

22. Isolamento

    pag. 23

23. CONTA E CRESCITA MICROBICA

    pag. 25

24. Metodi di conta

    pag. 26

25. Influenza dei fattori ambientali sulla crescita

    pag. 28

26. Controllo della crescita

    pag. 31

27. TASSONOMIA

    pag. 36

28. Batteri gram negativi

    pag. 37

29. Batteri gram positivi asporigeni

    pag. 40

30. Batteri gram positivi sporigeni

    pag. 41

31. Funghi

    pag. 42

PRINCIPALI TAPPE EVOLUTIVE DELLA MICROBIOLOGIA

La microbiologia studia forma, struttura, riproduzione, fisiologia, metabolismo e identificazione dei microrganismi , nonché la loro distribuzione in natura, le relazioni tra loro e con gli altri esseri viventi, gli effetti benefici e dannosi che hanno sugli esseri umani, le modificazioni fisiche e chimiche che provocano nel loro ambiente. Hanno dimensioni microscopiche (i batteri vanno da 0.1 a 10 um) e si distribuiscono principalmente nelle profondità oceaniche, nel sottosuolo terrestre e sulla superficie terrestre; risiedono anche sul corpo umano, con un rapporto tra cellule e batteri 1:1 (in un uomo medio troviamo 30 trilioni di cellule e 39 trilioni di batteri), principalmente sul cuoio capelluto, sotto le ascelle, nelle feci, in bocca, ecc ... Ad oggi questa categoria comprende: batteri, funghi (muffe e lieviti), protozoi e alcuni tipi di alghe, ma anche MO che non hanno organizzazione cellulare, sono parassiti intracellulari obbligati e teoricamente vanno considerati "non vivi" (virus). Esistono due tipi di cellule microbiche: procariotiche (batteri e archea) e eucariotiche.

D Archaea Eukarya Bacteria AGCT AUG GUC 1985 1 1687 1864 1895 1941 1953 1966 1977 1986 1995 2006 van Pasteur Koch, DNA come Vinogradskij materiale Genetica Struttura dei micror- del DNA ganismi Codice genetico 1. Sequenziamento PCR Il primo genoma Leeuwenhoek del DNA genetico 2. Scoperta degli Archaea Ecologia microbica molecolare Oltre 500 genomi Streptomicina I primordi: scoperta dei microrganismi, microbiologia medica e generale Periodo della microbiologia molecolare e generale Microbiologia molecolare, genomica e proteomica

• Aristotele pensava che gli animali potessero originarsi spontaneamente dal terreno e dalle piante e fino al XVII secolo si pensava che gli organismi si generassero dalla materia in decomposizione
• Antony van Leeuwenhoek scoprì nel 1676 gli "animacules" grazie al suo microscopio
• John Needham avvalorò la tesi della abiogenesi: scaldò diversi liquidi nutritivi e riempì delle provette, tappandole con della garza. Nonostante le dovute accortezze, dopo alcuni giorni si erano formati degli organismi viventi: la generazione spontanea era quindi impossibile
• Spallanzani introduce la pratica della sterilizzazione dei terreni e attacca la teoria di Needham, perfezionandone l'esperimento
• Pasteur risolve la diatriba, arrivando alla conclusione che i MO vengono dall'aria
• Nicolas Appert inventa la conservazione ermetica dei cibi, al fine di evitare la proliferazione dei batteri
• Koch introduce nel 1876 il concetto di eziologia (studia le cause di un fenomeno)
• Carl Woese introduce il terzo dominio degli Archea
• Watson e Crick scoprono la struttura del DNA

Tenendo conto della scala temperatura geologica ed evolutiva, i MO sono gli organismi più antichi. La Terra ha 4,6 miliardi e le prime cellule microbiche si svilupparono 3,8 miliardi di anni fa: non essendovi ossigeno, si trattata di cellule anaerobiche. Solo più tardi, si sviluppano i cianobatteri (procarioti) che iniziano a immettere ossigeno nell'aria e permettono così alla vita multicellulare di evolversi. Il primo antenato comune a tutti gli essere viventi é LUCA (Last Universal Common Ancestor), una cellula ancestrale. Si pensa che nelle varie combinazioni tra molecole organiche sia nata una molecola doppia, capace di autoprodursi e da questa una struttura più complessa, capace di autoreplicarsi. Le ipotesi di evoluzione sono differenti, ma ad oggi sappiamo che esistono 3 domini di cellule microbiche: Bacteria, Archea ed Eukarya.

1 1- S' 1944 1946

PRINCIPALI CARATTERI DEI MICRORGANISMI

• CARATTERI MORFOLOGICI: vengono considerati sia i caratteri micromorfologici (forma della cellula) che quelli macromorfologici (quando iniziano a riprodursi e a formare ammassi di cellule). La forma dei batteri viene spesso riferita a tre modelli principali:

Forma dei batteri: sfere (cocchi)

• sfere (cocchi): esistono come cellule isolate anche se, durante le fasi di duplicazione, possono rimanere attaccati e formare sovrastrutture, trovandosi così in varie forme, tra cui:

Tipi di cocchi

• diplococchi (cocchi raggruppati in coppie - Enterococchi)
• tetracocchi (cocchi in gruppi di quattro)
• catene (cocchi raggruppati in catenelle - Streptococchi)
• gruppi irregolari (Stafilococchi)

Forma dei batteri: bastoncelli (o bacilli)

• bastoncelli (o bacilli): é la forma più comune tra i procarioti. Le estremità sono generalmente arrotondate, ma possono essere anche appuntite, squadrate, ramificate, biforcute (come nel caso dei bifido-batteri, utilizzati come probiotici*)

Forma dei batteri: spirali

• spirali: la forma meno diffusa, di cui fanno parte

Tipi di spirali

• vibrioni (Vibrio colere, agente eziologico del colera): cellule spiraliformi molto corte
• spirilli: cellule spiraliformi più lunghe e rigide

COCCHI BACILLI ALTRI Spirochete Cocco Diplococchi Streptobacilli Streptococchi Vibrione Diplobacilli Spirillo Stafilococchi Spesso la morfologia dà il nome al genere, come nel caso di Staphylococcus aureus, che crea colonie gialle e produce tossine, o Streptococcus termophilus (unico non patogeno), aggiunto come coltura starter per la produzione di yogurt.

• CARATTERI COLTURALI: per studiare i MO, si utilizzano i terreni di coltura, delle polveri fatte da misceli di nutrienti che servono a soddisfare le esigenze nutrizionali di alcuni gruppi di microrganismi; in base a come il MO si sviluppa in laboratorio, é possibile già capire di cosa si tratta, osservando le colonie = ammassi di cellule microbiche che provengono dalla stessa cellula madre. Ciò che si vede a occhio nudo, in merito alla forma, alla colorazione e alla consistenza, dà un'idea di quale MO si tratta: in linea generale, per esempio, le colonie batteriche sono lucide, le colonie di lievito sono opache, le muffe coltivate in piastra appaiono come dei batuffoli di cotone di colore bianco
• CARATTERI METABOLICI: a seconda della presenza o meno di ossigeno, alcuni MO hanno metabolismo di tipo ossidativo mentre altri di tipo fermentativo
• CARATTERI DI COMPOSIZIONE CHIMICA
• CARATTERI ANTIGENICI: nelle strutture extra-cellulari troviamo strutture proteiche che stimolano la risposta immunitaria nell'ospite
• CARATTERI GENETICI: esistono delle metodiche che permettono di attribuire con una certa sicurezza l'appartenenza di un MO a determinati generi e specie

"probiotico = MO che nell'intestino svolge un effetto benefico / prebiotico = sostanza (spesso oligosaccaridi) aggiunta negli alimenti allo scopo di fornire nutrimento specifico alle popolazioni benefiche e favorirle rispetto ad altre che potrebbero essere dannose 2I microrganismi possono essere coinvolti in accezione positiva, negativa o neutra nella produzione degli alimenti. Ad eccezione dei microrganismi patogeni, che causano malattie, tutti gli altri MO hanno sempre carattere ambivalente. Per esempio il lievito utilizzato per fare il pane, se messo in impasto di farina e acqua, produce C02 e lievita; se la stessa cellula finisce in uno yogurt, il suo sviluppo e la sua attività metabolica non sono desiderati. Questo accade perché i MO sono dotati di duplice metabolismo, da una parte ossidativo (di cui i prodotti finali sono acqua, anidride carbonica ed energia) e dall'altra fermentativo. Il lievito in particolare ha la capacità di cambiare metabolismo a seconda dell'ossigeno presente nell'atmosfera: in condizioni di atmosfera normale (ossigeno al 21%), opta per il metabolismo ossidativo, che fornisce più molecole di ATP = si riproduce più velocemente; in una condizione in cui la quantità di ossigeno scarseggia, la cellula si setta sul metabolismo di tipo fermentativo (ancora nel caso del lievito, produce etanolo/alcol etilico e anidride carbonica). Quindi alcuni MO, pur non essendo patogeni, possono essere causa di alterazione e, di conseguenza, di perdite alimentari = FOOD LOSS. In generale, i MO hanno efficacia su:

• materia prima: agenti di alterazione in pre e post-raccolta
• prodotto finito: MO utili alla conservazione e agenti di alterazione di gusto, aspetto e odore
• consumatore: MO che apportano benefici e causa di malattie alimentari (possono avere effetti sul tratto gastrointestinale o diffondersi in tutto l'organismo; se non si presta la giusta attenzione nella cottura dell'alimento)

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CELLULA PROCARIOTICA

Capsula Parete cellulare Membrana plasmatica Citoplasma Ribosomi Plasmide Pili Flagello Nucleoide

Citoplasma

Il citoplasma e la parte della cellula all'interno della membrana cellulare costituita da una matrice fluida (citosol) in cui sono dispersi organuli cellulari. A differenza di quello eucariotico, il citoplasma dei procarioti é privo di organuli raccchiusi da membrana.

NUCLEOIDE

Il nucleoide è la zona dove è aggregato il materiale genetico della cellula procariotica, costituito da DNA circolare a doppio filamento e rappresenta il cromosoma batterico (é uno solo di forma circolare e interferisce sul meccanismo di duplicazione del DNA). Nelle cellule procariotiche il cromosoma non è complessato da proteine (come nel caso delle cellule eucariotiche); ha dimensioni variabili che vanno da 0,58 a 10 megabasi, in media circa 4; vi risiedono i geni, indispensabili alla sopravvivenza della cellula (a differenza della cellula eucariotica, tutti i geni sono trascritti).

PLASMIDI

I plasmidi sono dei frammenti di DNA circolare a doppio filamento che possiedono la capacità di autoreplicarsi (non dipendono dalla replicazione del cromosoma principale) e si trovano dispersi nel citoplasma. I plasmidi servono per trasferire materiale genetico (possono contenere da 50 a 100 geni) da una specie batterica ad un'altra o per avvantaggiare la cellula: tuttavia, portano geni che conferiscono alle cellule proprietà aggiuntive ma non indispensabili per la sopravvivenza. Relativamente alle funzioni, sono stati raggruppati in 4 macrogruppi:

• plasmidi R (resistenza): caratterizzati dalla presenza di uno o più geni per la resistenza ad antibiotici o antimicrobici in generale. Il batterio esposto ad antibiotici sviluppa una serie di meccanismi, codificati all'interno dei plasmidi R, che disattivano l'antibiotico
• plasmidi col (colicina): codificano per la sintesi di "antibiotici naturali" prodotti dal batterio che hanno effetto su altri MO ad esso sensibili, cioè conferiscono al batterio la capacità di produrre dei composti che servono contro antimicrobici nei confronti di altri organismi, conferendo alla cellula una dominanza. Sono state studiate molte di queste batteriocine, alcune delle quali vengono usate in ambito alimentare per contrastare lo sviluppo di MO patogeni all'interno degli alimenti (ES. lisina)
• plasmidi di virulenza: portano informazioni genetiche per la sintesi di alcune tossine, che possono rendere il ceppo batterico più patogeno e provocare quindi malattie nell'organismo ospite. Un esempio é Escherichia coli, che può avere azione nei confronti della mucosa intestinale, provocando la cosiddetta "diarrea del viaggiatore" (frequente quando si viaggia nei Paesi del Nord Africa, dove la qualità dell'acqua di rete non ha delle condizioni igieniche adeguate)
• plasmidi metabolici: conferiscono alla cellula la capacità di utilizzare dei nutrienti diversi, non convenzionali per quella specie (ES. batteri che riescono a degradare i pesticidi)

LA CONIUGAZIONE

La coniugazione è un processo di trasferimento unidirezionale, che avviene da una cellula donatrice ad una cellula ricevente/ accettrice. Attraverso questo meccanismo, si trasferisce solamente una copia del plasmide; successivamente, per la regola della complementarietà delle basi, viene ricreato - sia nella cellula donatrice che nella ricevente - il doppio filamento di DNA.

virulenza = capacità di produrre uno stato patologico in un altro organismo 4