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MICROBIOLOGIA AGRARIA
Microrganismi→ organismi aventi dimensioni tali da non poter esser osservati ad occhio nudo (<0,1 mm); le tecniche per studiarli sono: microscopio isolamento, coltivazione, metodi di coltura indipendenti. Si dividono in: Procarioti-> batteri e archea; Eucarioti-> funghi, alghe e protozoi; Virus. I MO (MicrOrganismi) costituiscono la maggioranza degli esseri viventi, inoltre costituiscono la quantità di biomassa più elevata sulla terra; la popolazione microbica racchiude il 50% del carbonio e il 90% dell’azoto di origine biologica. I MO colonizzano e si possono sviluppare in una moltitudine di ecosistemi/habitat microbici: oceani, acque dolci, ghiacciai, fonti geotermali, suolo, sottosuolo, sedimenti, piante, animali, alimenti. Gli ambiti in cui la microbiologia è coinvolta sono numerosi: agricoltura, energia, alimenti e medicina. Efetti dei MO sull’habitat: -Interazioni positive e negative. -Prodotti del metabolismo/substrati -Attività dei MO che controllano gli ecosistemi: Rimozione nutrienti, degradazione polimeri. Produzione sostanze di scarto del metabolismo. Cicli dei nutrienti Possibilità sviluppo comunità Nutrienti immobilizzati in biomassa microbica Bioremediation. -Crescita e sviluppo rapidi -Estremoflia -Anaerobiosi -Diversità metabolica Il mondo dei MO è molto vasto ed eterogeneo, per cui troviamo numerose diferenze tra i vari MO, sia genetiche, che morfologiche, che metaboliche e fsiologiche. In base alle diferenze strutturali possiamo distinguere i MO Procarioti (senza nucleo) Eucarioti (con nucleo) Gruppi principali Batteri Alghe, funghi, protozoi, piante e animali Dimensioni da 0,5 a 3,0 micron >_ 5 micron Parete Sempre presente struttura complessa contenente lipidi e peptidoglicano Può esserci o no, formata da chitina Membrana citoplasmatica Si (non contiene steroli) Si (contiene steroli) Membrana nucleare No Si Reticolo endoplasmatico No Si Apparato del Golgi No Si Mitocondri No Si Cromosomi Un solo DNA circolare genoma aploide; riproduzione asessuata Filamenti di DNA genoma diploide; riproduzione sessuata ed asessuata
Ribosomi 70 s 80 s Movimento Flagello semplice se presente Flagello complesso se presente Respirazione Per mezzo di membrane citoplasmatiche Per mezzo di mitocondri Glia ARCHEA sono dei MO più afni agli Eukarya che ai Bacteria difatti tra Archea e Bacteria è presente un’elevata diversità flogenetica: Parete e membrana cellulare chimicamente diferente Bacteria sensibili agli antibiotici, Archea no Enzimi che sintetizzano per proteine ed acidi nucleici simili Bacteria comprendono patogeni di piante ed animali gli Archea no Archea sono termofli estremi e produttori di metano (CH4) Storia della microbiologia ( tappe principali) L’esistenza dei MO e il loro ruolo fu teorizzato ancor prima della loro scoperta 1665 Robert Hooke descrive la strutture fruttifere dei funghi col primo microscopio 1700 si conosce l’esistenza dei MO. Pasteur scopre l’esistenza della vita in assenza di O e gli agenti responsabili della malattie; Hoeckel ritiene che i MO debbano appartenere ad un nuovo regno diferente da quello animale e quello vegetale, ovvero quello dei protisti. Fine XIX secolo nasce la microbiologia ambientale; Winogradsky scopre la nitrifcazione, la chemioautotrofa e la degradazione aerobica della cellulosa; Beijerinck scopre l’azotofsazzione XX secolo Fleming scopre la penicillina 1915 i batteri possono essere colpiti da virus; Weizman scopre il processo fermentativo per produrre acetone; Bergey descrive e riunisce in specie i batteri conosciuti; Grifth scopre la ricombinazione genetica osservando alcuni batteri che possono acquisire nuovi caratteri 1931 inventato microscopio a trasmissione 1951 scoperta struttura delle proteine 1953 scoperta struttura doppia elica del DNA 1993 scoperta PCR polymerase chain reaction (reazione a catena della polimerasi) Koch (criterio sperimentale e postulati) Koch studiando il carbonchio scopre nel sangue degli animali infetti i batteri e verifcò che i batteri fossero la causa della malattia 1884 studiandola tubercolosi sviluppa i suoi postulati. Criterio sperimentale/ postulati di Koch
- Il MO deve essere presente in tutti gli organismi infetti ma assente in quelli sani.
- I MO sospettati devono poter esser isolati e fatti crescere in coltura pura.
- Inoculando una coltura pura in un organismo sano si deve riprodurre la malattia.
- Dall’ospite infettato dev’essere possibile isolare nuovamente il MO.
-Omeostasi= condizione cellulare indipendente dal cambiamento delle condizioni esterne Lisi= lisi della membrana provoca la morte della cellula I fosfolipidi di membrana sono in maggioranza saturi→ il rapporto saturi/insaturi contribuisce a controllore la fluidità poiché i doppi legami diminuiscono la fluidità→ per esempio per rispondere ad uno stimolo ambientale può cambiare il grado di saturazione: un abbassamento della T aumenta la viscosità e quindi la solidifcazione della membrana di conseguenza la sintesi di acidi grassi instauri ne ripristina la corretta fluidità. [Opanoidi= nei procarioti tenericutes possono essere presente gli opanoidi molecole strutturalmente simili agli steroli con la funzione di stabilizzare la membrana in condizioni avverse]. Trasporto transmembrana: Passivo→ A difusione facilitata le molecole attraversano la membrana, senza dispendio di energia, secondo gradiente (pressione osmotica). Attivo→ Avviene contro gradiente con consumo di energia. Attivo primario idrolisi ATP; Attivo secondario [simporto antiporto]. Parete cellulare E’ una caratteristica comune alla maggior parte delle cellulare batteriche (ne sono privi i tenericutes), la sua funzione principale è quella di difendere la cellula dai danni meccanici e mantenere la forma cellulare, ha un’adeguata porosità per garantire gli scambi con l’ambiente circostante [materiale principale peptidoglicano/mureina (archea pseudomureina)]. Gram positivi (viola) Gram negativi (rosso) Colorazione di Gram Spessa parete di peptidoglicano Sono un’esclusiva caratteristica della parete dei G+ gli acidi teicoici e lipoteicoici. A. Teicoici= polimeri di ribitolo fosfato legati a polimeri glicosilici e di D- Parete di peptidoglicano non molto spessa +ulteriore membrana esterna M. esterna= peptidoglicano e m. esterna sono ancorati tramite lipoproteine; la M.E. è formata da un doppio strato fosfolipidico che risulta essere la prima barriera del batterio dal mondo esterno. Serve per distinguere i G+ dai G- in funzione ad alcune proprietà della parete esterna. 1)Cellule batteriche colorate con cristal violetto 2)Colorante allontanato con H2O 3)Trattamento lugol, composto da iodio e ioduro di potassio, serve per far precipitare il cristal violetto 4)Trattamento decolorante con etanolo 5)Cellule batteriche colorate con safranina Peptidoglicano= costituito dalla ripetizione di sottili lamine di glican-tetrapeptide a sua volta composto da due derivati polisaccaridici N-acetilglucosammina + N- acetilmuramico.
alanina (rosssa). G+= viola i molti strati di peptidoglicano hanno funzionato come barriera per il decolorante i pori della membrana sottostante si sono chiusi non consentendo l’uscita del cristal violetto G-= peptidoglicano sottile, il decolorante lo attraversa, ricolorato dalla safranina. Citoplasma Il citoplasma, ovvero il contenuto cellulare è composto al 70/80% di H2O da un 20/30% di proteine, amminoacidi, acidi nucleici, zuccheri, grassi, vitamine, ioni inorganici; ha una consistenza densa e viscosa è trasparente ed elastico. Ha un’elevata concentrazione di ribosomi [Ribosomi= complessi macromolecolari immersi nel citoplasma responsabili della sintesi proteica, la loro funzione è quella di leggere le informazioni contenute sull’RNA messaggero]. Componenti costitutivi Funzione Nucleoide Molecola elicoidale a doppio flamento [lunghezza distesa circa 1 mm] sede delle informazioni genetiche Ribosomi 60% RNA+ 40% proteine, deputati alla sintesi proteica, sono responsabili dell’aspetto granulare del citoplasma. Sono costituiti da due subunità 30s e 50s [ribosoma procariota 70s]; durante la traduzione si formano poliribosomi. Componenti di adattamento Funzione Plasmidi DNA extra-cromosomico non contengono materiale genetico essenziale, tuttavia contengono informazioni genetiche che favoriscono la sopravvivenza di un organismo in un ambiente. Possono replicarsi autonomamente e essere trasferiti da una cellula all’altra; nel caso in cui vengano integrati nel cromosoma vengono chiamati episomi e perdono l’autonomia di replicazione tuttavia questo processo è reversibile.
con piante e protozoi sono sia uni/pluricellulari, hanno un’ampia difusione ambientale (acidoflia e ambienti freddi); le alghe efettuano la fotosintesi [sempre presente la cloroflla ( a volte con altri pigmenti), la parete cellulare delle alghe è costituita da cellulosa, colonizzano sia i suoli che le acque e presentano una morfologia molto varia. Funghi I funghi sono i microrganismi eucarioti più importanti e complessi; hanno un metabolismo eterotrofo e usano substrati organici come fonte di EN e C per sintesi cellulare, si dividono in pluricellulari→ mufe, funghi flamentosi, e unicellulari→ lieviti. Colonizzano un’ampia gamma di ecosistemi, intervengono nella produzione di alimenti e bevande e micorrize e licheni, tuttavia producono anche sostanze tossiche sia per le piante che per gli animali. I funghi si riproducono attraverso le spore che si distinguono in sessuali (meiotiche) e asessuali (mitotiche) a seconda della specie e dell’ambiente circostante [moltiplicazione asessuata più comune]; geneticamente i funghi possono essere aploidi (n), diploidi (2n) oppure dicariotici (n maschile + n femminile). La parete fungina è principalmente composta da chitina→ polimero lineare di residui di n-acetilglucossamina con collegamenti beta 1,4 + glucani→ polimeri ramifcati del glucosio; conferisce la forma e protegge da lisi osmotica, tra gli altri componenti cellulari ci sono: glicoproteine, melanine che conferiscono resistenza alla lisi enzimatica e protezione sa UV, membrana plasmatica semipermeabile. Funghi pluricellulari→ struttura flamentosa plurinucleata interconnessa, dove il citoplasma è racchiuso in sistema di tubi molto ramifcati→ IFE lunghi flamenti con crescita polarizzata (crescita apicale) [Ife possono essere settate (funghi + evoluti), oppure asettate/cenocitiche] il risultato del reticolo di ife→ micelio a sua volta micelio+spore→ tallo [micelio nutrizionale e micelio aereo/di difusione]. Il ciclo vitale dei funghi si divide in una fase sessuale e in una asessuale che possono essere separate nel tempo e nello spazio: Fase sessuata (teleomorfo)→ spore sessuali sopravvivenza della specie; meiospore (riproduzione sessuale meiosi). Fase vegetativa/asessuata (anamorfo)→ spore vegetative (conidi), propagazione della specie, presenza costante nell’aria (uomo, vento, animali); crescita e difusione dei flamenti ifali, divisione per gemmazione (lieviti), mitospore (mitosi). Nome spore vegetative Descrizione Artrospore Si formano per frammentazione dell’ifa, sferiche o cilindriche, parete ispessita. Blastospore Simili a gemme di lievito, si formano lungo le ife non c’è corpo fruttifero. Clamidospore Sferiche o ovoidali parete spessa, si formano lungo l’ifa o all’estremità. Conidiospore Si formano all’estremità ifale. Sporangiospore Si formano nello sporangio che si forma all’estremità ifale.
La crescita ifale→ si defnisce polarizzata poiché crescono all’estremità. I funghi generalmente sono aerobi facoltativi, tuttavia esistono anche funghi anaerobi obbligati come quelli che vivono nel rumine; inoltre quasi tutti i funghi necessitano di ossigeno in una fase della loro vita. La sensibilità alla temperatura è estremamente varia, la maggioranza dei funghi sono mesofli [intervalli di sviluppo: 10-35 °c ottimale= 20- 30°c], pochi sono termofli [20-50/65°c ottimale 40°c] inoltre esistono alcuni funghi psicrofli [0°c-20°c ]. Nei confronti dell’umidità tutti i funghi richiedono la presenza fsica di h2o, il comportamento nei riguardi del pH è abbastanza uniforme molti si sviluppano tra 4,0-8,5, tuttavia esistono sia funghi acido tolleranti e basofli. I funghi si nutrono per demolizione esterna [rilascio esoenzimi] dei substrati [rottura enzimatica substrati] e successivo assorbimento; i funghi si dividono in 3 grandi stati nutrizionali: Saprofti→ utilizzano materiale organico in decomposizione. Parassiti→ utilizzano materiale organico proveniente da organismi viventi. Simbionti→ instaurano una simbiosi mutualistica con gli esseri viventi da cui entrambi ne traggono vantaggio [micorrize, licheni]. La classifcazione dei funghi avviene in base a: struttura, ciclo vitale, tipo ife, tipo spore, tipo riproduzione; 5 phyla. Nome Descrizione Chytridiomyco ta Funghi meno evoluti, spore a/sessuali flagellate, nome derivante dalla struttura del corpo fruttifero che contiene spore sessuali, specie a cellula singola o a micelio, colonizzano suoli umidi e ambienti acquatici, saprofti e parassiti. Zygomycota Antiche documentazioni fossili, parete cellulare→ chitina, micelio cenocitico plurinucleato, moltiplicazione vegetativa→ formazione conidi endogeni dentro ad un conidiangio grosso e globoso che rompendosi libera i conidi; R. sessuale→ [aploide durante tutta la vita escluso durante riproduzione] fusione nuclei aploidi contenuti nei gamentangi da due ife di segno opposto da ceppi diferenti [eterotallismo] formazione zigospora 2n (raro omotallismo), zigospora→ spora durevole che quando trova condizioni favorevoli germina. Ascomycota Gruppo + numeroso [unicellulari + miceliari comune presenza di aschi], colonizzano diversi habitat [lieviti (blastomiceti) ambienti ricchi di zuccheri, ascomicota miceliari (eumiceti) saprofti fondamentali degradatori dei residui vegetali nel suolo, patogeni vegetali e dell’uomo, partner fungini nei licheni e micorrize. Parete→ chitina+glucani pluricellulari, chitina+mannani lieviti. Morfologia→ ife settate, oppure monocellulare. Eumiceti→ moltiplicazione attraverso la formazione di conidi, riproduzione sessuale [aschi contenenti ascospore] fusione di ife, l’ifa che riceve i nuclei svolge il ruolo di organo femminile “ascogonio”, le ife che circondano l’ascogonio formano un rivestimento protettivo, le ife che
