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BATTERI
I batteri sono organismi procarioti unicellulari di dimensioni microscopiche caratterizzati dall’assenza di un nucleo morfologicamente definito. Possono avere forma sferica (cocchi), cilindrica (bacilli), a virgola (vibrioni) o a spirale (spirilli); esistono anche batteri provvisti di ramificazione e filamenti (attinomiceti). Si riconoscono tipi caratteristici di aggregazione batterica : diplococchi, batteri sferici associati a due a due, streptococchi, se sono disposti a formare una catena, stafilococchi, se formano un grappolo. I batteri possono essere statici o muoversi nell’ambiente circostante per mezzo di particolari appendici distribuite sulla superficie cellulare. Per conferire forma e rigidità alla cellula i batteri possiedono un rivestimento ( parete batterica ) che ricopre la membrana plasmatica; all’esterno di essa si trova spesso una sottile capsula composta da polisaccaridi. I batteri inoltre sono sprovvisti di un nucleo separato dal citoplasma per mezzo di membrana, e mancano anche di cromosomi morfologicamente identificabili: il cromosoma batterico è infatti un'unica molecola di DNA. Le cellule batteriche si riproducono in via asessuata per scissione binaria. Altre interazioni tra le cellule si possono avere tramite coniugazione o trasduzione, nelle quali vengono trasmesse informazioni genetiche. Una classificazione dei batteri in base alle fonti nutritive distingue batteri autotrofi , che al pari dei vegetali sono capaci di sintetizzare le molecole organiche partendo da composti inorganici, e batteri eterotrofi che, come gli animali, possono solo metabolizzare composti organici già sintetizzati. I batteri, date le loro dimensioni microscopiche e le ridotte esigenze alimentari ed ambientali sono gli esseri viventi più diffusi. Sono numerosi anche i batteri parassiti che vivono all’interno di altri organismi; non tutti sono peraltro patogeni: ad esempio nell’intestino umano sono presenti batteri che si nutrono con i prodotti della digestione; tali batteri non solo sintetizzano sostanze quali vitamine utili all’organismo umano, ma ostacolano l’attecchimento delle specie patogene. La malattia insorge quando l’equilibrio tra batteri ed organismo ospite si rompe ed i batteri penetrano così nei tessuti ,oppure in presenza di batteri specializzati per una vita parassitaria. I batteri vengono utilizzati dall’uomo per la produzione di latticini, nella macerazione di fibre vegetali e nella sintesi di numerose sostanze quali alcool, amminoacidi, vitamine, antibiotici. I batteri sono un gruppo di organismi unicellulari privi di nucleo distinto e caratterizzati da una modalità di riproduzione per scissione semplice. In genere le cellule batteriche sono lunghe da 1 a 10 micron ed hanno sviluppato svariati adattamenti per ottenere energie da sostanze nutritive. Si trovano in quasi tutti gli ambienti, aria, acqua, ghiaccio, sorgenti calde e perfino negli sbocchi idrotermali delle profondità oceaniche. Alcuni proliferano negli alimenti, mentre altri stabiliscono varie forme di simbiosi con piante, animali e altri organismi.
CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI
Nello schema di classificazione in cinque regni, i batteri costituiscono il regno dei procarioti e si differenziano dalle cellule di tutti gli altri organismi viventi, chiamati eucarioti, per l’assenza di un nucleo
delimitato dalla membrana nucleare. La classificazione più semplice si basa sulla forma e si distinguono i
cocchi (sferici), i bacilli (bastoncellari) , gli spirilli (spiraliformi) e i vibrioni (a forma di virgola). Un’altra
suddivisione molto importante è quella che raggruppa i batteri secondo il livello di temperatura a cui
possono crescere. Si hanno così, per questa suddivisione, tre sottoclassi che sono i batteri criofili, i mesofili e i termofili. Altre classificazioni seguono criteri quali la reazione alla colorazione di Gram , che divide i batteri in Gram + e Gram -, la modalità di respirazione ( batteri aerobi obbligati stretti,batteri anaerobi obbligati stretti, batteri anaerobi facoltativi e i microaerofili ) e di nutrizione ( batteri autotrofi ed batteri eterotrofi ) e secondo le caratteristiche biochimiche, quali la luminescenza. Altro canone di ripartizione è la possibilità di movimento.
- I cocchi sono di forma cilindrica e possono trovarsi isolati, a coppie (diplococchi), a catena (streptococchi), a grappolo (stafilococchi) o a gruppi di otto cellule in uno spazio cubico (sarcine).
- I bacilli sono di forma bastoncellare e possono trovarsi isolati, a coppie (diplobacilli) o a catena (streptobacilli).
- Gli spirilli sono di forma spiralica e si trovano solitamente isolati.
- I vibrioni sono a forma di virgola. I batteri criofili o psicrofili sono organismi con un optimum di sviluppo intorno ai 15 - 20 °C,ma possono moltiplicarsi anche a 0 °C, in alcuni casi, anche a – 7 °C .Il loro habitat è rappresentato dagli oceani e dalle regioni antartiche; inoltre sono in grado di svilupparsi nei cibi refrigerati e congelati. I batteri mesofili preferiscono temperature tra i 20 e i 40°C. I patogeni dell’uomo e degli animali sono mesofili, adattatisi, cioè, alla temperatura corporea (circa 37°C) che, anche nel corso di processi febbrili supera raramente i 40°C. Comunque, è importante sottolineare che i batteri mesofili non crescono a temperature di frigorifero, e poiché i microrganismi responsabili delle alterazioni degli alimenti sono appunto mesofili, si spiega l’utilizzo delle basse temperature per la conservazione dei cibi stessi. Le basse temperature, in genere, rallentano lo sviluppo dei batteri presenti senza ucciderli. Anche il congelamento non uccide la maggioranza dei batteri presenti nei campioni biologici o negli alimenti: quando le temperature ritornano nell’optimum i microrganismi riprendono a moltiplicarsi. Il poter resistere a temperature molto basse è aiutata dalla presenza della capsula. I batteri termofili hanno la loro condizione di sviluppo a temperature superiori a 40°C. Gli habitat da cui si possono isolare tali batteri comprendono le sorgenti calde, i suoli tropicali, i sistemi di riscaldamento dell’acqua e le correnti calde di alcuni oceani .L’intervallo termico di questo gruppo è stato recentemente elevato fino 90°C, in quanto è stato dimostrato che alcuni batteri sono cresciuti in una sorgente calda a tale temperatura e ancor più sorprendente è la notizia, non ancora verificata, di batteri cresciuti a temperature di 250°C. È importante sottolineare che le molecole proteiche dei batteri termofili differiscono dalle altre in quanto non si denaturano con le temperature elevate. La termostabilità di queste proteine è intrinseca , dipende, cioè, dalla composizione e dalla sequenza degli amminoacidi, quest’ultima è responsabile della comparsa di legami forti quali ponti disolfuro covalenti, e anche di molti legami a idrogeno e di altri legami deboli, che stabilizzano la struttura delle proteine costitutive e degli enzimi. La colorazione di Gram (dal nome del patologo danese che la mise a punto alla fine dell’800) è un metodo che classifica i batteri in base a differenze nella loro parete cellulare. I batteri vengono dapprima trattati con cristal-violetto e poi con una soluzione iodo-iodurata (liquido di Lugol); quindi decolorati con alcool etilico o acetone e ricolorati con un colorante diverso dal primo (fucsina). Quelli che cedono il primo colore sono detti Gram-negativi (Gram -), quelli che lo trattengono Gram-positivi (Gram +).
causata da un processo chimico ma avviene in organismi viventi ed è catalizzata da enzimi. La bioluminescenza offre potenzialmente la strada più breve per ottenere una migliore rilevabilità rispetto alle altre tecniche foto luminescenti.
MORFOLOGIA DEI BATTERI
La cellula batterica, dall’interno verso l’esterno, è formato dal citoplasma , circondato dalla membrana cellulare al cui esterno si trova la parete cellulare poi la capsula. Infine, impiantati sulla membrana, vi sono i flagelli. Il citoplasma è racchiuso dalla membrana cellulare e contiene i diversi organuli della cellula immersi in una fase acquosa, di consistenza variabile, detta sostanza fondamentale o citosol. Questa è composta all’80% da acqua e per il resto da macromolecole proteiche in vari stati di aggregazione, acidi nucleici, ioni, polisaccaridi di riserva, ribosomi e granuli; immersi in questa sostanza vi sono anche dei plasmidi e il nucleoide. Alcune proteine formano un citoscheletro importante per la divisione cellulare, in quanto forma un anello Z che scompare quando si forma il setto divisorio. Il citoplasma è, inoltre, la sede di importanti funzioni metaboliche cellulari quali la sintesi proteica e la glicolisi anaerobica. I ribosomi sono strutture tondeggianti diffuse in tutto il citoplasma, ma in particolare dove gli enzimi sono più abbondanti. Sono formati da due unità che si associano durante la sintesi proteica. Entrambe le unità sono costituite da RNA, quella più piccola solo di un tipo, quella più grande di due tipi. La loro funzione è intervenire nella costruzione delle proteine. I plasmidi sono piccole molecole di DNA circolare a doppio filamento, presenti in natura nei batteri, di origine citoplasmatica e capace di autoreplicarsi. Questi elementi non sono essenziali per la vita del batterio, ma in particolari condizioni, gli possono conferire vantaggi selettivi (resistenza agli antibiotici, luminescenza). Le dimensioni sono variabili da 2-3 geni fino a plasmidi che superano il cromosoma principale. Si possono trasmettere alla altre cellule tramite coniugazione, tramite fagi trasducenti o attraverso la trasformazione. I plasmidi sono mezzi utilissimi nelle tecniche del DNA ricombinante perché permettono di amplificare un segmento di DNA anche un milione di volte tramite un processo chiamato clonazione del DNA. Il nucleotide contiene il materiale genetico e può avere posizione centrale (nei Gram +) o periferica (nei Gram -). Contiene un solo cromosoma formato da DNA associato a poliammide, che riducono l’acidità, a enzimi e a proteine, che regolano l’RNA messaggero. La membrana cellulare si trova tra la parete e il citoplasma, ed è molto simile a quella delle cellule eucaristiche. È costituita da un doppio strato di molecole lipidiche,che rappresenta la struttura portante, tra la quali sono inserite delle molecole proteiche,responsabili delle diverse funzioni della membrana; sono infatti enzimi catalizzatori, recettori di stimoli e ancora sono proteine di trasporto di sostanze attraverso la membrana. La sua funzione non è solo quella di selezionare la direzione e l’entità degli scambi con l’esterno, ma è legata anche alla divisione cellulare e, nei batteri che producono ATP tramite la respirazione, è sede degli enzimi, dei vettori di idrogeno dei processi di fosforilazione ossidativa che nelle cellule eucariotiche si trovano nei mitocondri. La parete cellulare circonda esternamente la cellula ed ha la funzione di proteggerla dalle variazioni osmotiche, di filtrare le macromolecole e di cooperare nella riproduzione. Troviamo al suo interno anche le porine che regolano l’ingresso delle sostanze nella cellula, complessi molecolari di trasporto
che pompano verso l’esterno eventuali sostanza nocive e anche molti componenti immunogeni che inducono nell’ospite la reazione immunitaria per eliminare i batteri. La capsula è uno strato di materiale di scarto che circonda la parete. I batteri che ne sono dotati risultano i più virulenti, in quanto si difendono con maggior efficacia. Questa capsula può servire anche per difendersi da improvvisi cambiamenti di temperatura (a troppo freddo o a troppo caldo) permettendo così al batterio di entrare in una fase di stasi finché le condizioni climatiche non tornano ottimali per lo svolgimento delle funzioni vitali e la riproduzione. I flagelli sono prolungamenti citoplasmatici filiformi. La differenza dalle ciglia è la maggiore lunghezza e numero che non è, solitamente, molto elevato. Il corpo basale è situato nel citoplasma e sono formati da flagellina, una proteina elastica. Nei batteri presentano una struttura superficiale spiralata. Sono capaci di attivi movimenti natatori a vite. La direzione e la durata del movimento è regolata da recettori chimici, situati sulla membrana del batterio, che segnalano la presenza nelle vicinanze di sostanze nutritive o di materiali tossici.
RIPRODUZIONE DEI BATTERI
La riproduzione dei batteri è asessuata e avviene mediante la divisione di un individuo in due cellule figlie uguali tra loro e identiche alla progenitrice e viene definito scissione binaria , processo molto simile, ma molto più semplice della mitosi cellulare. Questo processo si ripete, ogni divisione impiega circa 30 minuti, e la coltura batterica cresce. Se coltivati su piastre è possibile apprezzare la crescita dei batteri che da invisibili si trasformano colonie che arrivano a 1 cm di superficie. La crescita non risulta però essere costante nel tempo infatti, se si analizza una colonia per un breve arco di tempo si ottiene un curva in di crescita , derivante dalla relazione tra relazione tra il tempo (ascisse) e il logaritmo del numero di batteri (ordinate). La scissione binaria, o in due parti, può essere identica alla mitosi cellulare o comprendere anche la riorganizzazione del citoplasma e la costituzione di nuove strutture cellulari. La fissione è comune negli organismi unicellulari, ma è rara nei pluricellulari perché richiederebbe la rigenerazione di parti specializzate in ciascuno degli organismi figli. La mitosi è un processo dal quale da una cellula madre si ottengono due cellule identiche a quella di partenza. È preceduta dall’interfase, nella quale la madre duplica le sue strutture interne in modo che ogni cellula figlia abbia gli stessi elementi La mitosi si articola in quattro fasi principali: profase, metafase, anafase, telofase. Questa serie di fenomeni che si susseguono in modo costante ha lo scopo di dividere quantitativamente e qualitativamente il patrimonio genetico tra le due cellule figlie. Durante la profase i cromosomi si spiralizzano e si condensano in modo da risultare visibili al microscopio ottico. Ciascuno di essi, in seguito alla duplicazione appare costituito da due cromatidi uniti in un solo punto: il centromero. Il nucleo scompare e la membrana nucleare comincia a dissolversi. Nel citoplasma intanto i centrioli si allontanano e si forma il fuso mitotico. Durante la metafase i cromosomi, ancora costituiti di cromatidi appaiati, prendono contatto con il fuso mitotico e si dispongono a raggiera sul piano equatoriale.
Capsula: La capsula è uno strato di materiale di scarto che circonda la parete. I batteri che ne sono dotati risultano i più virulenti, in quanto si difendono con maggior efficacia. La capsula può servire anche per difendersi da improvvisi cambiamenti di temperatura (a troppo freddo o a troppo caldo), umidità, possibilità di nutrirsi, permettendo al batterio di entrare in una fase di stasi finché le condizioni climatiche non tornano ottimali per lo svolgimento delle funzioni vitali e la riproduzione.
SPORE: Le spore resistono al calore, al freddo, alle radiazioni (solari) ed alla disinfezione e alcune di
esse anche alla sterilizzazione. In condizioni adeguate tornano allo stato vegetativo attraverso germinazione. Essiccamento spontaneo di un batterio : Alcuni microrganismi (in particolare clostridi, bacilli ecc.) sono in grado di ridurre drasticamente il metabolismo (criptobiosi) e di disidratarsi divenendo resistenti nell’ambiente per lunghi periodi di tempo.
PLASMIDI: sono piccole molecole di DNA circolare a doppio filamenti, presenti in natura nei batteri,
di origine citoplasmatica e capace di auto replicarsi. Questi elementi non sono essenziali per la vita del batterio, ma gli possono conferire vantaggi selettivi ( resistenza agli antibiotici ). Le dimensioni sono da 2-3 geni a plasmidi che superano il cromosoma principale. Si possono trasmettere alle altre cellule tramite coniugazione, fagi trasducesti o trasformazione. I plasmidi sono mezzi utilissimi nella tecnica della DNA ricombinante perché permettono di amplificare un segmento di DNA anche più volte tramite un processo chiamato clonazione del DNA.
TOSSINA: Che cosa sono? Un veleno prodotto da animali, vegetali o funghi. Si suddividono in
Esotossine ed Endotossine a seconda che siano sostanze prodotte dal batterio e secreto o che facciano parte della costituzione batterica. La maggior parte delle tossine sono costituite da un peptide B , responsabile dell’ancoraggio e della penetrazione nella cellula ospite , ed un peptide A , che rappresenta la tossina vera e propria. Tipi di tossine : Tossine che agiscono a livello extracellulare , a livello di pelle è quella epidermolitica (Staphyloccus Aureus) Tossine che agiscono sulle membrane cellulari sono le tossine citolitiche e le emolisine che portano alla rottura cellulare attraverso diversi meccanismi: formazione di pori o canali trans membrana / azione enzimatica sui fosfolipidi di membrana. Le leucocidine hanno un’azione citotossica nei confronti dei macrofagi e leucociti polimorfoneucleati. Le tossine che provocano un richiamo di liquidi (tossina del colera) La tossina che inibiscono recettori ( pretosse) La tossina del carbonio: è costituita da tre diverse proteine che hanno da sole sono prive di potere patogeno. Proteine:Fattore Edematogena/ Fattore Letale/ Componente Protezione Antigeno Tossina Botulino : dose letale molto bassa ad micrograma.
