I microrganismi nelle contaminazioni: lieviti, batteri e fattori ambientali

I MICRORGANISMI NELLE CONTAMINAZIONI

I LIEVITI

I lieviti sono organismi unicellulari (funghi) di forma sferica (5-10 micron) che si riproducono in maniera asessuata (gemmazione, fissione binaria, sporulazione) o più raramente sessuata. Sono eucarioti (le cellule hanno nucleo visibile provvisto di membrana nucleare). I lieviti si sviluppano in presenza di zuccheri e sono importanti perché fermentano gli zuccheri producendo alcol (fermentazione alcolica) e anidride carbonica. Tra i vari lieviti vanno ricordati quelli appartenenti al genere Saccharomyces,come il lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae), utilizzati sia nella produzione del vino e della birra, sia nella panificazione.

GLUCOSIO G L I C O L I S I PIRUVATO (2) ATP (ENERGIA) FERMENTAZIONE ALCOLICA ENZIMI LIEVITO Assenza di ossigeno ALCOL ETILICO (ETANOLO) ANIDRIDE CARBONICA (CO2) Lievito di birra visibile al microscopio elettronico NB: quando si produce la birra si parte dal maltosio!I LIEVITI I lieviti sono organismi unicellulari (funghi) di forma sferica (5-10 micron) che si riproducono in maniera asessuata (gemmazione, fissione binaria, sporulazione) o più raramente sessuata. Sono eucarioti (le cellule hanno nucleo visibile provvisto di membrana nucleare). I lieviti si sviluppano in presenza di zuccheri e sono importanti perché fermentano gli zuccheri producendo alcol (fermentazione alcolica) e anidride carbonica. Tra i vari lieviti vanno ricordati quelli appartenenti al genere Saccharomyces,come il lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae), utilizzati sia nella produzione del vino e della birra, sia nella panificazione.

Fermentazione Lattica nel Corpo

CARBOIDRATI DIGESTIONE GLUCOSIO G L I C O L I FERMENTAZIONE LATTICA S I LATTATO LATTATO DEIDROGENASI PIRUVATO (2) Assenza di ossigeno ATP (ENERGIA) Lievito di birra visibile al microscopio elettronico COSA AVVIENE INVECE NEL NOSTRO CORPO?

LE MUFFE

I funghi filamentosi (muffe) sono organismi pluricellulari caratterizzati da una struttura morfologica detta ifa alle cui estremità si sviluppa lo sporangio (struttura che contiene le spore riproduttive). L'accrescimento e la ramificazione delle ife costituisce il micelio. Si sviluppano facilmente in ambiente leggermente acidulo (pH 5.5) a temperature di 15-30℃. Le muffe sono responsabili dell'alterazione di molti alimenti. Le muffe del genere Penicillium si ritrovano spesso sugli agrumi (arance, limoni) dove formano una patina blu- verdastra; allo stesso genere appartiene il Penicillium notatum, che produce la penicillina (il primo antibiotico scoperto da Alexander Fleming) e i Penicillium camemberti e roqueforti, che intervengono nella maturazione di alcuni famosi formaggi francesi (Camembert e Roquefort). Un altro genere di muffe è l'Aspergillus, che contamina farine e cereali e può produrre sostanze molto tossiche, come le aflatossine. Muffa Penicillium Muffa Penicillium visibile al microscopio elettronico

I BATTERI

I batteri sono organismi unicellulari. La cellula batterica è detta procariota, perché il suo nucleo (carios, in greco), costituito da un solo cromosoma (un filamento di DNA circolare), non è visibile al microscopio ottico: manca, infatti, la membrana nucleare, che nelle cellule eucariote (animali e vegetali) separa il nucleo con i suoi cromosomi dal citoplasma. Il citoplasma è delimitato dalla membrana cellulare e all'esterno della membrana cellulare è presente una parete cellulare rigida (che dà la forma ai batteri) e, a volte, una capsula gelatinosa protettiva. Diverse specie (batteri sporigeni) sono in grado di resistere in condizioni ambientali sfavorevoli (temperature elevate, fino a più di 100 °C, oppure temperature molto basse, carenza di materiali nutritivi, radiazioni ultraviolette, disinfettanti ecc.), trasformandosi in spore. Tali batteri vengono detti sporigeni mentre quelli che non sono capaci di circondarsi di un involucro protettivo esterno e di arrestare il proprio metabolismo vengono detti asporigeni.

SPORULAZIONE

parete cellulare cellula in fase di sporulazione lisi della cellula madre setto spora batterica libera citoplasma DNA formazione della corteccia formazione della tunica spora matura Batteri di Legionella al microscopio

RIPRODUZIONE BATTERICA

La scissione binaria è un tipo di riproduzione asessuata comune nei procarioti. Durante questo processo, una singola cellula si divide in due cellule figlie geneticamente identiche. Il processo si svolge in quattro fasi principali:

1. Replicazione del DNA: Il materiale genetico della cellula (DNA) viene duplicato.
2. Allungamento della cellula: La cellula si allunga, separando le due copie del DNA.
3. Formazione del setto: Si forma una nuova membrana e parete cellulare tra le due copie del DNA.
4. Divisione: La cellula si divide, producendo due nuove cellule figlie.

Questo tipo di riproduzione è rapido e permette una rapida crescita delle popolazioni batteriche (20-30 min) sito di attacco del cromosoma alla membrana membrana plasmatica cromosoma batterico duplicazione I del cromosoma divisione in due cellule 4

LA FORMA DEI BATTERI

I batteri possono essere distinti, in base alla loro forma, in:

• cocchi, di forma sferica;
• bacilli (o batteri propriamente detti), di forma cilindrica, a bastoncino;
• vibrioni, ricurvi, a virgola;
• spirilli e spirochete, avvolti a spirale.

Cocchi e bacilli, quando si riproducono, rimangono spesso uniti a formare coppie (diplococchi e diplobacilli), catenelle (streptococchi e streptobacilli) o grappoli (stafilococchi) di batteri.

Colonia Batterica

cocchi diplococchi bacilli streptococchi vibrioni diplobacilli tetradi sarcine streptobacilli spirocheta spirilli stafilococchi cocco-bacilli Colonia batterica Piastra Petri Tutti i batteri, coltivati con opportuni terreni di coltura in apposite piastre, formano colonie visibili a occhio nudo.

LA TEMPERATURA NEI BATTERI

100 90 batteri uccisi, sopravvivono solo le spore BO 70 60 termofili temperatura ottimale 50 40 30 - mesofili temperatura ottimale 20 10 - crescita rallentata 0 -10 congelamento crescita bloccata 20 - -30 La temperatura è un fattore importante per lo sviluppo microbico. Oltre una certa temperatura (60 ℃), la maggior parte dei batteri muore. Al di sotto degli 0 ℃ la riproduzione batterica viene bloccata. Tutti i germi hanno una loro temperatura ottimale, alla quale si riproducono più velocemente. Essi vengono perciò distinti in: mesofili, termofili, psicrofili e psicrotrofi. I mesofili hanno temperatura ottimale di sviluppo compresa tra i 20 e i 40 ℃: tra questi vi sono molti germi patogeni che crescono bene alla temperatura corporea (37 ℃). I termofili hanno temperatura ottimale compresa tra 45 e 60 ℃; Gli psicrofili crescono meglio a 15-20 ℃, ma possono riprodursi anche a tem- perature di 0 °℃ o meno e quindi anche nei cibi refrigerati, dove possiamo trovare anche gli psicrotrofi, che crescono solo a temperature inferiori a 15 ℃ (alcuni anche a meno di -7 ℃). Alcuni metodi di conservazione utilizzano le basse temperature per bloccare la riproduzione dei germi, altri le alte temperature per distruggerli (oltre i 70-80 °℃). Le basse temperature dei frigoriferi consentono lo sviluppo dei microrganismi psicrofili, che possono alterare l'alimento; fortunatamente i germi patogeni per l'uomo sono mesofili e non si riproducono alle basse temperature (4-5 ℃). Mantenere il cibo "in caldo", a temperatura di 30-40 ℃, favorisce, invece, lo sviluppo dei germi patogeni. Una temperatura di 60-65 °℃ consente, invece, la distruzione della maggior parte dei microbi, anche se le spore sopravvivono a temperature superiori a 100 °C.

CRESCITA BATTERICA IN PRESENZA DI O2 E CO2

OSSIGE I batteri aerobi necessitano di ossigeno. Ossigeno e anidride carbonica influenzano la crescita dei microrganismi che per- ciò sono suddivisi in 4 gruppi:

• aerobi obbligati: crescono bene in presenza di ossigeno (si procurano energia dalla ossidazione dei principi nutritivi);
• anaerobi obbligati: crescono bene solo in assenza di ossigeno, producendo ener- gia dalla fermentazione degli zuccheri o dalla putrefazione delle proteine;
• aerobi-anaerobi facoltativi: si riproducono sia in presenza sia in assenza di ossigeno;
• microaerofili: crescono solo se l'ossigeno è presente in piccole quantità, infe- riori a quelle normalmente presenti nell'aria.

CRESCITA BATTERICA E ACIDITÀ

L'acidità rende perciò un alimento più resistente alla contaminazione. Alimenti acidi come le fragole, i mirtilli, i limoni (pH basso: 2-2,5) vengono contaminati più raramente rispetto ad altri come il latte, la carne, i formaggi. La conservazione sott'aceto, rendendo l'alimento più acido, lo preserva dalla contaminazione, anche se è frequente lo sviluppo di muffe (che prediligono un ambiente leggermente acido) nei barattoli di sottaceti aperti. In condizioni ambientali favorevoli (in presenza cioè di ampia disponibilità di nutrienti, di temperatura, umidità e pH adatti) la crescita dei batteri è molto rapi- da: essi sono in grado di riprodursi in soli 20-30 minuti. Così, in poche ore, da una singola cellula batterica si possono ottenere miliardi di batteri. Il tempo che intercorre tra la preparazione e il consumo dell'alimento è un altro fattore di notevole importanza per la contaminazione microbica, sia perché più tempo passa e più occasioni di contaminazione si possono verificare, sia perché, una volta contaminato l'alimento, più passa il tempo e maggiore sarà il numero di germi in esso presenti.

LE TOSSINE BATTERICHE

Le tossine batteriche sono sostanze prodotte da batteri patogeni che possono causare danni ai tessuti e alle cellule dell'ospite. Si dividono principalmente in esotossine ed endotossine.

ESOTOSSINE

• Tossina difterica: prodotta da Corynebacterium diphtheriae. Causa la difterite, che può provocare infiammazione delle vie respiratorie e ostruzione della gola.
• Tossina botulinica: prodotta da Clostridium botulinum. Provoca il botulismo, una grave intossicazione alimentare che porta a paralisi muscolare.
• Tossina tetanica: prodotta da Clostridium tetani. Causa il tetano, che provoca spasmi muscolari e rigidità.
• Tossina colerica: prodotta da Vibrio cholerae. È responsabile del colera, una malattia caratterizzata da diarrea acquosa intensa, che porta a disidratazione.

parete cellulare Le esotossine sono proteine che vengono prodotte durante il ciclo vitale di alcune specie di batteri ed eliminate nei tessuti dell'organismo ospite endotossine esotossine Le endotossine sono carboidrati che fanno parte della parete cellulare di certi batteri e che si disperdono nei tessuti dell'ospite soltanto dopo la morte e la disgregazione delle cellule batteriche Lipopolisaccaride (LPS) ENTEROTOSSINE: esotossina citotossica che agisce sulla mucosa intestinale

ENDOTOSSINE

• Endotossine di Escherichia coli: Alcuni ceppi di E. coli producono tossine (Shiga-tossine) che possono causare infezioni intestinali gravi, portando a colite emorragica.
• Endotossine di Salmonella spp .: Responsabili di intossicazioni alimentari, causano sintomi come febbre, diarrea e dolori addominali.
• Endotossine di Neisseria meningitidis: Possono provocare meningite batterica e setticemia, gravi infezioni del sistema nervoso centrale e del sangue (via respiratoria o secrezioni).