Microbiologia: Appunti

Eziologia: gli avvenimenti, i motivi e le variabili causali di ogni singola malattia e patologia. Una determinata patologia può essere prodotta, in certi casi, da cause diverse. In questo caso la malattia è "aspecifica"; quando invece una patologia è l'effetto di una singola causa si parla di causa e malattia "specifici". Una causa di malattia può essere "sufficiente" (basta la sua presenza a manifestare l'effetto) ed "efficiente" (produce l'effetto) quando ad una sua presenza nell'organismo seguirà sempre il manifestarsi della patologia; oppure "sufficiente" ma "inefficiente" quando, nonostante le qualità della causa siano adatte a dare quella data patologia, la sua quantità non basta a generare i sintomi. Un esempio di questo può essere il calore: la sua qualità è adatta a provocare ustioni, ma queste si manifesteranno solo applicandolo oltre una certa quantità. In molti casi comunque, l'evento patologico ha bisogno di più di una causa per manifestarsi, tanto da parlare, quando le cause siano numerose, di "complesso" o "costellazione di cause". Tra queste è comunque possibile operare una discriminazione, riconoscendone le "cause necessarie" (quelle, appunto, senza le quali la patologia non potrebbe manifestarsi), e le "concause", predisponenti o coadiuvanti. 

Tre domini principali: Bacteria, Archea, Eucarya.

Bacteria: morfologia fisiologica differenziata, diffusi sul suolo e in ambienti acquosi. Agenti etziologici.

Archea: morfologicamente specializzati, vivono in ambienti estremi.

Eucarya: comprende eucarioti, quindi miceti, alghe, protozoi, piante e vegetali.

	Eucarya	Bacteria	Archea
Nucleo	con membrana nucleare	senza membrana	senza membrana
Numero cromosomi	2 o +	1	1
Dna	legato ad istoni	Legato a poliamine	Legato ad istoni
Mitosi	si	no	no
Parete	Assente, se presente non contiene mureina	Contiene sempre mureina	Contiene sempre mureina
Mitocondri	si	no	no
Reticolo endoplasmatico	si	no	no
Lisosomi	si	no	no
Steroidi nel plasmalemma	si	no	no
Tipo di ribosomi	80S	70S	70S
Enzimi respiratori	Nei mitocondri	Sulla faccia interna della membrana citoplasmatica	Sulla faccia interna della membrana citoplasmatica
Aminoacidi destrogiri	no	si	si
Acido diaminopimelico DAPA	no	si	si
Mesosomi	no	Si ( nei gram positivi)
Cloroplasti	no	si	no
Flagelli	9 fibrille periferiche, 2 centrali	3 fibrille unite	3 fibrille unite
Fosforilazione ossidativa	Nei mitocondri	Sulla faccia interna della membrana citoplasmatica	Sulla faccia interna della membrana citoplasmatica

 

Mureina: Il peptidoglicano (o mureina) costituisce uno strato nella parete cellulare dei batteri che è il principale responsabile della rigidità della cellula.

Ribosomi: Un ribosoma batterico ha una massa di circa 2700 kDa, un diametro di circa 20 nm ed un coefficiente di sedimentazione di 70 S.
Esso si può suddividere in due parti o subunità, una più grande ed una più piccola:

• una subunità grande di 50 S avente almeno 34 proteine (L1-L34) e due molecole di RNA (23 S e 5 S),
• una subunità piccola di 30 S contenente almeno 21 proteine (S1-S21) ed un RNA di 16 S.

Il ribosoma della cellula eucariota (fatta eccezione per quelli contenuti nei mitocondri e nei cloroplasti), invece, è più grande ed ha una massa molecolare di 4000 kDa, un diametro di 23 nm ed un coefficiente di sedimentazione di 80 S. Anch'esso è composto da due subunità, maggiore a 60 S e minore a 40 S:

• la subunità maggiore è costituita da tre molecole di rRNA, una a 28 S, una a 5,8 S e un'ultima a 5 S.
• la minore consta di una sola catena di RNA 18 S. Nel complesso le due subunità presentano inoltre più di 80 proteine.

 

Acido diaminopimelico: Acido bicarbossilico presente nel mucopeptide della parete di molti batteri, per i quali costituisce inoltre il precursore della lisina. In sigla: DAPA.

Gram: Si definiscono Gram-positivi quei batteri che rimangono colorati di blu o viola dopo aver subito la colorazione di Gram. Si contrappongono ai batteri Gram-negativi, che invece subiscono la decolorazione. Suddividere i batteri in funzione della colorazione che presentano dopo essere stati soggetti al metodo di Gram è il modo più utilizzato per suddividere i batteri, anche se ciò non include alcun grado di parentela filogenetica tra le diverse specie batteriche.

I gram positivi si contraddistinguono, come detto, per mantenere la colorazione dopo trattamento con il metodo di Gram. Dapprima trattate con cristalvioletto, le colture batteriche vengono lavate con un mordenzante, il liquido di Lugol. poi si utilizza un decolorante, per esempio alcol etilico. Se i batteri rimangono colorati di viola o blu anche dopo essere stati trattati con il decolorante, vengono definiti Gram positivi. Ciò è dovuto al fatto che i Gram positivi possiedono una spessa parete cellulare esterna, che permette al colorante di penetrare e colorare la cellula, mentre impedisce al decolorante di penetrare e decolorare la cellula. È questa sostanzialmente la differenza più grande che caratterizza e differenzia i Gram positivi dai Gram negativi.

 

Fosforilazione ossidativa: La fosforilazione ossidativa è un processo biochimico cellulare per la produzione di ATP nei mitocondri, fondamentale e ubiquitario. Si tratta della fase finale della respirazione cellulare, dopo glicolisi e ciclo di Krebs.

L'ubicazione fisica del processo è sempre a cavallo di una membrana biologica: negli eucarioti, esso avviene presso la cresta mitocondriale, mentre nei procarioti, ha luogo presso la membrana cellulare.

La fosforilazione ossidativa è composta da due parti:

• Catena di trasporto degli elettroni: In questo processo gli elettroni trasportati da NADH e FADH₂ vengono scambiati dalla catena enzimatica transmembrana, che provvede a sfruttare questo movimento per generare un gradiente protonico
• sintesi di ATP tramite fosforilazione di ADP dall'enzima ATP sintetasi con catalisi rotazionale

Microscopia

Diametro standard dei batteri: 0,001 mm = 1 x 10^-3 mm

L’occhio umano arriva a poco meno di 1 mm, il microscopio ottico da 1 mm a  1 x 10^-3 mm, il microscopio elettronico arriva oltre 1 x 10^-6 mm.

Curiosità: il tasso metabolico di una cellula è inversamente proporzionale al quadrato delle sue dimensioni. Più la cellula è piccola più le reazioni metaboliche sono veloci, esempio entrata e uscita di sostanze.

Il microscopio ottico è una tipologia di microscopio che sfrutta la luce con lunghezza d'onda dal vicino infrarosso all'ultravioletto, coprendo tutto lo spettro visibile. I microscopi ottici sono storicamente quelli più vecchi e sono anche tra i più semplici.

 

Il microscopio ottico (LM) tradizionale (LM acronimo di light microscope) è il più semplice. Per mezzo di lenti ingrandisce l'immagine del campione, illuminato con luce nell'intervallo spettrale del visibile. Può essere semplice (un solo sistema di lenti o addirittura una sola lente) o composto (almeno due sistemi, oculare ed obiettivo), e l'illuminazione può raggiungere il campione da dietro, attraversandolo (luce trasmessa), o esserne riflessa (luce riflessa). Il microscopio ottico permette di avere immagini di soggetti dimensionalmente collocati all'incirca tra il millimetro ed il micrometro, anche di esseri viventi. I primi esempi di ingrandimento ottico datano migliaia di anni e risalgono alle civiltà mesopotamiche. Nel 1648 Antoni van Leeuwenhoek osservò e descrisse numerosi microorganismi, utilizzando un microscopio semplice, inizialmente dotato di pochi ingrandimenti e poi perfezionato fino a raggiungerne alcune centinaia (275 accertati, 500 ipotizzati). Nel 1665 Robert Hooke, utilizzando una forma molto rudimentale di microscopio ottico composto, con un limitato potere di ingrandimento ed osservando il sughero vide e descrisse per la prima volta la struttura cellulare propria di tutti i viventi. Si considerano nella classe dei microscopi ottici anche strumenti affini, come i microscopi nell'ultravioletto, che benché sfruttino frequenze non visibili hanno principi e tecnologie simili.

Il potere risolutivo di un microscopio è la distanza minima alla quale due punti risultano distinti. Nel caso lo strumento si basi sull'utilizzo di radiazione con una propria lunghezza d'onda associata, come i tradizionali microscopi ottici, risoluzione e lunghezza d'onda utilizzata sono parametri tra loro strettamente correlati. Microscopi che si basino su diverse tecnologie, come ad esempio l'AFM, ovviamente rispondono a considerazioni differenti.
In prima approssimazione, e non tenendo conto di aberrazioni ottiche, possiamo considerare che la relazione che lega il potere risolutivo (d o distanza tra due punti tra loro risolti), l'apertura numerica di un sistema ottico (tutto il sistema) e la lunghezza d'onda della radiazione utilizzata sia:

                                                   

Questa relazione è generalmente nota come principio di Abbe. Per un microscopio ottico in luce visibile, d raggiunge i 0,2 μm; il microscopio elettronico giunge a 0,1 nm.

Ingrandimento= Lente obiettivo X lente oculare.

Coloranti: derivano dall’anilina o amminobenzene, un benzene con un atomo di idrogeno sostituito da un gruppo amminico. Si tratta di una base debole. Ogni classe ha la sua affinità per specifici componenti cellulari:

 

 

                            Basici                                                                                 Acidi

Cromoforo ha carica positiva                                                    Cromoforo a carica negativa

Reagisce con ACIDI NUCLEICI e POLISACCARIDI                    Reagisce con PROTEINE

Elevata affinità per le strutture superficiali                                 Es: NIGROSINA, ROSSO CONGO, es: BLU DI METILENE, CRISTALVIOLETTO                             FUCSINA

Ci sono diversi tipi di colorazione:

·         Semplice

·         Differenziale ( distinzione tra gruppi di microrganismi)

·         Specifiche ( evidenziano una struttura in particolare)

·         Lipofiliche ( colorazioni delle inclusione lipidiche)

Esistono vari tipi di microscopi:

1.      A campo chiaro: campione e sfondo sono illuminati, appaiono quindi luminosi.

2.      A campo scuro: le cellule appaiono chiare su sfondo scuro. Permette di osservare campioni di cellule sospese in sospensioni fluide, molto utile per vedere il moto delle cellule.

3.      A contrasto di fase: aumenta la differenza tra rifrazione del sistema acquoso e quello delle cellule ( contrasto), cellule scure su sfondo chiaro.

4.      A fluorescenza: campioni illuminati con luce a bassa lunghezza d’onda ( UV o alogena) quando sono eccitati emettono luce a lunghezza d’onda maggiore, si colarano. Possiamo avere due tipi di campioni: quelli che emettono fluorescenza ad esempio la clorofilla, quelli trattati con coloranti.

 

Microscopio Sem: Il microscopio elettronico a scansione, al contrario di quello a trasmissione, ricava l'immagine illuminando con un fascio di elettroni un oggetto anche relativamente grande (un insetto per esempio) e rilevando gli elettroni secondari riflessi, e può quindi fornire immagini 3D. Può analizzare solo oggetti conduttori o semi-conduttori. Gli oggetti organici devono quindi essere prima rivestiti con una sottile lamina metallica. Questo strumento ha la necessità di operare in condizioni di vuoto elevato: per questo è stato sviluppato il microscopio elettronico ambientale a scansione che, libero da questo vincolo, è in grado di analizzare campioni di materiale organico conservandone le condizioni di temperatura, pressione ed umidità.

Microscopio Tem: Il microscopio elettronico a trasmissione fa attraversare un campione molto sottile (da 5 a 500 nm) da un fascio di elettroni, quindi con un insieme di magneti (che funzionano come le lenti del microscopio ottico) ingrandisce l'immagine ottenuta che viene infine proiettata su uno schermo fluorescente rendendola visibile. Dà immagini della struttura interna dell'oggetto esaminato, al contrario del SEM che ne dà solo la superficie, ma permette di ottenere solo immagini 2D. Raggiunge i nanometri, permettendo di vedere anche le molecole più piccole. Ulteriori miglioramenti hanno prodotto l'HRTEM (High Resolution Trasmition Electron Microscope), con cui è stato possibile distinguere i singoli atomi di litio in un composto.

Microscopio Cslm: Il Microscopio confocale è un microscopio ottico, uno strumento scientifico che si basa su una tecnologia volta ad accrescere sensibilmente la risoluzione spaziale del campione, eliminando gli aloni dovuti alla luce diffusa dai piani fuori fuoco del preparato. Lo strumento opera nel campo convenzionale degli ingrandimenti della normale microscopia ottica, ed è schematicamente costituito da un normale microscopio a trasmissione a cui viene sovrapposto un apparato che si occupa di illuminare e rilevare l'immagine di un campione illuminato con una scansione punto a punto. Esistono diverse tecniche per ottenere questo risultato: a disco rotante (Nipkow disk), Programmable Array Microscopes (PAM), e laser. Quest'ultimo tipo, il più diffuso e denominato CLSM, acronimo di Confocal Laser Scanning Microscope, è un evoluto microscopio a fluorescenza che permette di focalizzare con estrema precisione un laser sul preparato, aumentando notevolmente la risoluzione e la profondità di campo.La sua sorgente luminosa è costituita da uno o più laser, generalmente a semiconduttore, per ogni diversa frequenza di eccitazione richiesta. Il meccanismo di direzione del fascio luminoso viene gestito da sistemi computerizzati. Le immagini ottenute, sincronizzando col fascio di eccitazione il dispositivo di rivelazione, sono particolarmente definite e spettacolari, e possono permettere di evidenziare con differenti colori le diverse molecole presenti nel preparato, permettendo di apprezzarne la tridimensionalità (esempio particolarmente apprezzabile in campo biologico, utilizzando tecniche di immunofluorescenza, la fotomicrografia a lato con actina in rosso, tubulina del citoscheletro in verde e DNA del nucleo in blu).

 

Morfologia di batteri ed archei

Unicellulari:

·         Cocchi, forma sferica più semplice.

·         Cilindro, forma più diffusa, suddivisa in bastoncello e bacillo.

·         Spirale, forma meno diffusa.

·         Peduncolati.

Pluricellulari:

·         Actinobatteri, producono lunghi filamenti con numerose cellule che si intersecano tra loro ( Micelio)

·         Tricoma, nei ciano batteri, simili a lunghe catene, ma con correlazioni tra cellule adiacenti e funzioni specifiche.

Divisioni cellulari

Unicellulari:

1.      Scisione binaria trasversa

2.      Gemmazione

Pluricellulari:

• Frammentazione: o archi tomi  in cui una parte dell'organismo che si distacca rigenera un individuo completo, e al contrario della gemmazione, vi è una riorganizzazione della parte distaccata essendo questa solo un frammento, e non una gemma vera e propria. La si nota frequentemente tra i vegetali. La frammentazione avviene tramite produzione di:
• Ormogoni: tipici dei cianobatteri, in cui si staccano gruppi di cellule (detti appunto ormogoni) che andranno a formare una nuova colonia;
• Sclerozii: strutture con la capacità di sopravvivere per diverso tempo come corpi indipendente all'organismo che li ha prodotti. Tipici dei funghi;

I plasmidi sono piccoli filamenti circolari di DNA superavvolto a doppia elica, presenti nel citoplasma e distinguibili dal cromosoma batterico per le loro dimensioni ridotte. Il materiale genetico che li contraddistingue permette all'organismo ospite di svolgere varie funzioni non essenziali, ma conferiscono alla cellula proprietà speciali (a volte proprietà metaboliche uniche). I plasmidi sono capaci di spostarsi tra le cellule (anche non uguali, ma filogeneticamente affini) influendo sulla variabilità genetica.

 

Coniugazione: trasferimento tramite contatto intercellulare fra due ceppi simili.

Trasformazione: Dna rilasciato tramite lisi cellulare e acquisito da un altro organismo.

Trasferimento genico

 

Trasduzione: coinvolgimento dei virus procarioti.

 


 

 


Vescicole gassose: presenti nei procarioti acquatici, conferiscono loro la capacità di galleggiare. Permettono la motilità. Formate da una struttura circolare idrofobica resistente alla pressione, cava, formata al 97% da proteine. Es: Cianobatteri.

Materiali di riserva: conservati come polimeri per ridurre la pressione osmotica, circondati da membrana avente monostrato lipidico. Contengono glicogeno, amido.