I BATTERI

1. I BATTERI

2. 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. Il citoplasma ha caratteristiche analoghe a quello degli altri organismi viventi e lo stesso vale per le reazioni biochimiche. 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.

3. Le cellule batteriche si riproducono in via asessuata per scissione binaria, dividendosi lungo un piano perpendicolare all’asse longitudinale. 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 presenti ovunque: nel terreno, nell’acqua e nell’aria. 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.

4. 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. Approfondimenti Esperienza

5. APPROFONDIMENTI

6. 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 e 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. ClassificazioneMorfologiaRiproduzione

7. CLASSIFICAZIONE DEI BATTERI

8. Classificazione 1 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 batteri mesofili e i batteri termofili.

9. Classificazione 2 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 facoltativie imicroaerofili) 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.

10. Classificazione 1.1 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). Streptococchi

11. Classificazione 1.2 I bacilli sono di forma bastoncellare e possono trovarsi isolati, a coppie (diplobacilli) o a catena (streptobacilli). Bacilli osservati al microscopio elettronico

12. Classificazione 1.3 Gli spirilli sono di forma spiralica e si trovano solitamente isolati.

13. Classificazione 1.4 I vibrioni sono a forma di virgola. Vibrioni

14. Classificazione 1.5 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.

15. Classificazione 1.6 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.

16. Classificazione 1.6.1 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.

17. Classificazione 1.7 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).

18. Classificazione 1.7.1 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.

19. Classificazione 2.1 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 +). Batteri Gram + Batteri Gram -

20. Classificazione 2.2 I batteri aerobi obbligati stretti sono organismi che ricavano l’energia da reazioni metaboliche che richiedono la presenza di ossigeno. La maggioranza degli esseri viventi sono aerobi. Questi batteri crescono quindi solo in presenza di ossigeno e se coltivati in laboratorio sono facilitati se le colture sono agitate spesso.

21. Classificazione 2.3 I batteri anaerobi obbligati stretti sono microrganismi che possono vivere solo in assenza di ossigeno. Strettamente anaerobi sono alcune specie batteriche. I batteri intestinali sono un tipo di batteri anaerobi obbligati stretti definito ossigeno-intollerante, infatti, se entrano a contatto con l’ossigeno atmosferico smettono non solo di moltiplicarsi ma muoiono in brevissimo tempo.

22. Classificazione 2.2.1 Alcuni bacilli Gram + aerobi ed anaerobi obbligati (rispettivamente Bacillus e Clostridium) in determinate condizioni ambientali danno origine a spore. Le spore sono forme di resistenza che consentono al batterio di sopravvivere in un ambiente a lui sfavorevole. Spore del ClostridiumTetani

23. Classificazione 2.4 I batteri anaerobi facoltativi sono microrganismi che possono vivere anche in assenza di ossigeno senza risentirne, ma la cui crescita risulta essere più rigogliosa in presenza di questo elemento.

24. Classificazione 2.5 I batteri microaerofili sono batteri che possono moltiplicarsi in presenza di aria (circa il 20% di ossigeno), ma al contrario del gruppo degli anaerobi facoltativi crescono più rigogliosamente a concentrazione molto basse di ossigeno (2-18%).

25. Classificazione 2.6 I batteri autotrofi sono organismi che al pari delle piante verdi sono in grado di sintetizzare i propri costituenti cellulari utilizzando sostanze inorganiche semplici. Una ulteriore divisione in questo gruppo è tra fotosintetici e chemiosintetici.

26. Classificazione 2.6.1 I batteri fotosintetici utilizzano l’energia luminosa per produrre energia chimica utile per i processi vitali. Batteri Fotosintetici

27. Classificazione 2.6.2 I batteri chemiosintetici utilizzano i composti inorganici per soddisfare il loro fabbisogno eneregetrico e sintetizzare i propri costituenti, cellulari la differenza dalla fotosintesi è che la chemiosintesi può avvenire anche in assenza di luce.

28. Classificazione 2.7 I batteri eterotrofi, come gli animali, sono organismi che possono solamente metabolizzare composti già sintetizzati da altri organismi. La maggior parte dei batteri appartiene a questo gruppo. Si può compiere un successivo raggruppamento dividendo in questo gruppo i batteri saprofiti da quelli parassiti. I batteri saprofiti ottengono il cibo dalla materia vegetale e animale in via di decomposizione. I batteri parassiti invece utilizzano il metabolismo di altri animali per poi procurarsi il cibo (batteri interni) senza però arrecare sempre dei danni evidenti (vedi anche simbiosi)

29. Classificazione 2.8 Luminescenza è il termine generico che definisce l’emissione di luce da parte di molecole senza specificarne la causa che la ha originata; la forma più nota di luminescenza è quella conseguente all’assorbimento di luce (fotoluminescenza), della quale la fluorescenza è l’esempio più comune. Meno conosciuta è la chemioluminescenza.

30. Classificazione 2.8.1 La chemioluminescenza rappresenta la luminescenza derivante da un processo chimico esoergonico che porta ad un prodotto in uno stato elettronicamente eccitato, il quale decade allo stato fondamentale emettendo fotoni. All’interno della chemioluminescenza, la bioluminescenza è sempre 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 rivelabilità rispetto alle altre tecniche fotoluminescenti.

31. Classificazione 2.8.1.1 Gli studi biochimici di sistemi privi di cellule appartenenti a diversi organismi hanno dimostrato che i meccanismi di emissione di luce sono estremamente vari; è probabile che questa particolare proprietà funzionale si sia sviluppata indipendentemente nei diversi gruppi biologici. Nei batteri la bioluminescenza si associa al consumo di ossigeno; pertanto, l’emissione di luce avviene soltanto in condizioni di aerobiosi. La nostra esperienza

32. La nostra esperienza sui batteri luminescenti

33. MORFOLOGIA DEI BATTERI

34. Morfologia 1 La cellula batterica, dall’interno verso l’esterno, è formato dal citoplasma, circondato dallamembrana cellulareal cui esterno si trova laparete cellularepoi lacapsula. Infine, impiantati sulla membrana, vi sono iflagelli.

35. Morfologia 1.1 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. Morfologia

36. Morfologia 1.1.1 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.

37. Morfologia 1.1.2 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 tramiteconiugazione, tramitefagi trasducentio attraverso la trasformazione. I plasmidi sono mezzi utilissimi nelle tecniche del DNA ricombinanteperché permettono di amplificare un segmento di DNA anche un milione di volte tramite un processo chiamato clonazione del DNA.

38. Morfologia 1.1.3 Il nucleoide 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.

39. Morfologia 1.2 La membrana cellulare si trova tra la parete e il citoplasma, ed è molto simile a quella delle cellule eucariotiche. 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 .

40. Morfologia 1.3 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.

41. Morfologia 1.4 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. Batteri con capsula

42. Morfologia 1.5 I flagelli sono prolungamenti citoplasmatici filiformi. La differenza dallecigliaè 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. Morfologia

43. RIPRODUZIONE DEI BATTERI

44. Riproduzione 1 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.

45. Riproduzione 2 Se coltivati su piastre è possibile apprezzare la crescita dei batteri che da invisibili si trasformano in colonie che arrivano a 1 cm2 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 di crescita, derivante dalla relazione tra relazione tra il tempo (ascisse) e il logaritmo del numero di batteri (ordinate).

46. Riproduzione 2.1 Esempio di colonie batteriche coltivate su piastra

47. Riproduzione 1.1 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. Scissione binaria dell’Escherichia Coli; in rosso il nucleoide e in verde il citoplasma

48. Riproduzione 1.2 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.

49. Riproduzione 1.2.1 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. Cellula durante la profase; in nero i cromatidi

50. Riproduzione 1.2.2 Durante la metafase i cromosomi, ancora costituiti di cromatidi appaiati, prendono contatto con il fuso mitotico e si dispongono a raggiera sul piano equatoriale. Cellula durante la metafase; in nero i cromatidi