I microbi Importanza in natura dei microbi: “I microrganismi rivestono un ruolo primario nei processi biogeochimici determinando cambiamenti di un certo rilievo sul nostro pianeta e contribuendo al mantenimento dell’equilibrio nella biosfera” (G. Cavallo – Elementi di Microbiologia 1977) Essi partecipano al ciclo di trasformazione del carbonio, dell’azoto, dello zolfo, etc.; partecipano quindi a trasformazioni a carico di elementi fondamentali(carbonio, azoto, zolfo) per gli organismi viventi, causate sia da processi biologici che chimici. I microbi al servizio dell’uomo: Molti dei composi sintetici prodotti dalle industrie, come è noto, sono considerati biodegradabili, il che sta a significare che essi possono essere metabolizzati dai comuni componenti della flora microbica. I microbi vengono utilizzati nella produzione di bevande alcooliche, in campi dell’industria alimentare, come ad esempio nella produzione dei formaggi, e dello yogurt; lo stesso lievito, utilizzato per la panificazione, è un microrganismo. Etc… Un ciclo biogeochimico descrive le trasformazioni a carico di elementi fondamentali per gli organismi viventi, causate sia da processi biologici che chimici. Il ciclo del carbonio (gli atomi di carbonio sono continuamente riciclati) Quasi tutte le molecole di cui sono fatti gli organismi viventi (carboidrati, grassi e proteine) contengono atomi di carbonio. Questi atomi passano continuamente da un organismo all'altro, all'atmosfera e al suolo. L'insieme dei possibili percorsi di un atomo di carbonio prende il nome di ciclo del carbonio Il ciclo dell’azoto è una sequenza complessa di trasformazioni chimiche che coinvolgono l'azoto in composti organici e inorganici e si svolge tra l'atmosfera e il mondo vivente (piante, animali e batteri)

I microbi I microbi nel nostro linguaggio Nel linguaggio comune i microbi altro non sono che degli esseri viventi: piccoli, brutti e cattivi. Perché questa terribile fama? Il motivo lo si può ritrovare al tempo in cui è stata coniata la parola microbo, termine che si deve al medico francese Carlo Emanuele Sédillot (1804-1883), che il primo marzo del 1878, all’Accademia delle Scienze di Francia, suggerì di chiamare microbe tutti gli organismi microscopici. Questa proposta aveva lo scopo di eliminare la marea infinita di nomi con cui venivano designati i viventi minuti, invisibili ad occhio nudo. Il termine sottintendeva quindi un concetto assai vasto, ma poiché proveniva da un medico fu facile questa connotazione, sintetizzata nell’eguaglianza: microbo = agente patogeno.  Qualcuno sostiene che la parola microbo fosse contemporaneamente coniata dal famoso microbiologo francese Louis Pasteur (1822-1895), che si era occupato non solo di malattie, ma anche di microbiologia applicata in svariati campi. Fu per es. uno dei primi a studiare i processi di fermentazione che determinano la trasformazione del mosto d’uva in vino, del mosto di malto in birra. Ovviamente Pasteur non poteva avere una visione soltanto negativa dei microbi. Oggi nel linguaggio scientifico, ed in particolare sanitario, quando usiamo il termine microbo ci riferiamo ad uno dei diversi esseri di cui si occupa la Microbiologia

Relazioni ospite-microrganismi Non sempre la presenza di microrganismi ha per l’ospite un effetto deleterio. La nostra pelle e le nostre mucose sono in contatto con migliaia di miliardi di microbi. Le specie che sono in rapporto armonico con noi le consideriamo commensali. Un rapporto è commensale quando né il microrganismo , ne’ l’ospite vengono danneggiati e solamente uno dei due trae beneficio dall’altro, generalmente il microrganismo. Nella microbiologia medica un rapporto di parassitismo è invece quello in cui il germe trae beneficio a danno dell’ospite. Dal momento che microrganismi parassiti sono causa di malattia, vengono considerati patogeni. Vi sono germi che possono “ diventare patogeni” se l’ospite è in condizioni che indeboliscono la normale risposta immunitaria. In queste situazioni un innocuo commensale può diventare un parassita e causare malattia nell’ospite.

I microbi come agenti di malattia Soltanto una piccola parte delle specie microbiche risulta patogena, é cioè capace di causare malattia nell’uomo, e le specie patogene non sempre possono determinare l’evento patologico. Perché un microbo possa determinare una malattia occorre: 1) che si verifichi il “contagio”, e cioè che il microbo risulti trasmissibile e possa venire a contatto con l’uomo; 2) che esso superi le barriere anatomiche( cute e mucose) dell’organismo, determinando in tal modo l’”infezione”; 3) che il microbo riesca all’interno dell’ospite a moltiplicarsi, a raggiungere gli organi bersaglio e a produrre, o direttamente o tramite sostanze elaborate da esso, un fatto patologico di tale entità da essere avvertito( “malattia”).

Gli opportunisti e i patogeni Spesso al contagio non segue l’infezione, in quanto molte specie, possono vivere da saprofite sulla cute e sulle mucose: questi microbi sono detti opportunisti poiché vivono da commensali e solo in particolari condizioni riescono a determinare l’infezione e la malattia. I patogeni veri, al contrario degli opportunisti, quando effettuano il contagio, determinano sempre l’infezione, ma solo in pochi casi causano una malattia clinicamente evidente. In altre parole la maggior parte delle infezioni risultano “inapparenti” o “subcliniche”, in quanto il microbo viene in breve tempo neutralizzato dai fattori di difesa.

Patogenicità e virulenza I rapporti fra patogenicità e virulenza sono stati sempre molto discussi dai microbiologi e tuttora costituiscono fonte di dispute scientifiche; possiamo distinguerli in questo modo: - la patogenicità è propria di una specie - la virulenza è tipica di un ceppo Questa definizione indicherebbe che in una determinata specie patogena vi siano ceppi virulenti che ceppi avirulenti; nella realtà però i due concetti di patogenicità e virulenza si intrecciano tra loro( gli attributi della patogenicità batterica sono in realtà gli stessi della virulenza batterica e cioè la capacità di elaborare tossine e la invasività); ed inoltre in una specie patogena non esistono ceppi definibili completamente avirulenti; infine nel mondo microbico la possibilità di variazione nel tempo è talmente alta che un ceppo virulento può in breve diventare molto più virulento o molto meno virulento.

Postulati di Koch Ad un pioniere della microbiologia, al tedesco Robert Koch, si deve l’enunciazione dei principi fondamentali sui quali ancora oggi si basa il rapporto fra agente eziologico e malattie infettive. Per affermare con sicurezza che il riscontro di un microrganismo in un materiale patologico sia la causa dell’infezione, Koch nel 1874 propose quattro postulati da rispettare: il microrganismo deve essere presente in tutti i casi della malattia in esame; esso deve essere isolato in coltura pura; da questa, una volta inoculato in un animale suscettibile alla stessa malattia, deve dar luogo ai sintomi caratteristici e a ben chiari reperti anatomo- patologici; lo stesso microrganismo deve poter essere isolato dall’animale infettato sperimentalmente.

Microbiologia di interesse medico Il microbiologo medico non si occupa dell’intero mondo dei microbi ma impegna la sua attenzione soprattutto verso le specie che causano o possono causare malattie. In medicina la Microbiologia si è sviluppata in diverse branche: - Batteriologia - Micologia - Parassitologia - Virologia

Cellula Eucariota Nucleo provvisto di membrana Numero di cromosomi 2 o più Mitocondri Apparato di Golgi Reticolo endoplasmico Ribosomi 80S Lisosomi

Cellula Procariota Parete cellulare: il peptidoglicano Membrana citoplasmatica citoplasma Corpo nucleoide Ribosomi 70S Mesosomi

Morfotipi batterici La grandezza è varia a seconda delle specie; l’unità di misura è il micron; il diametro degli stafilococchi è circa 1 micron

Strutture ACCESSORIE Capsula:strato esterno ben strutturato strato mucoso esterno non ben strutturato slime layer o glycocalyx Pili o fimbrie Flagelli o ciglia Granuli Plasmidi [ed episomi]

Parete cellulare Si visualizza al microscopio mediante colorazioni specifiche. Dalla parete dipendono molte caratteristiche tassonomiche dei batteri: la forma, la suddivisione in Gram-positivi e Gram-negativi

Parete cellullare La parete cellulare o cell wall racchiude in un contenitore rigido la cellula batterica e la protegge dall’ambiente esterno. È composta da acidi teicoici e peptidoglicano (Gram+). Peptidoglicano e membrana esterna costituita da lipopolisaccaridi e lipoproteine (Gram). Peptidoglicano Membrana citoplasmatica Periplasma Membrana esterna

il peptidoglicano I peptidoglicani sono strutture rigide costituite da polimeri molto grandi, formati da lunghe catene di molecole di N-acetiglucosammina e acido N-acetil muramico che si alternano l’una dopo l’altra, in modo lineare; queste catene sono tra loro legate mediante oligopeptidi: si forma così un intreccio fitto e compatto. Il peptidogligano è definito anche mureina o mucopeptide

Membrana citoplasmatica Viene anche chiamata membrana protoplasmatica o plasmatica, membrana cellulare, membrana unitaria. È una membrana semipermeabile e selettiva che regola il passaggio delle sostanze nutritive e dei prodotti di rifiuto. È la sede di parecchi enzimi: è un importante centro di attività metabolica. Danni a questa membrana da agenti chimici o fisici può provocare la morte della cellula. La membrana cellulare batterica priva di steroli ( colesterolo)

Inclusioni citoplasmatiche: granuli Mesosomi Intervengono nella cellula batterica in vari processi riproduttivi e metabolici. Partecipano alla formazione di setti durante il processo di divisione della cellula. Nei mesosomi sono localizzati enzimi respiratori e catene di trasporto degli elettroni. Ribosomi I ribosomi sono particelle citoplasmatiche che intervengono nella sintesi proteica. Sono composti dal 60% in RNA e dal 40% in proteine. Sono costituiti da due subunità Presentano una costante di sedimentazione di 70S. Inclusioni citoplasmatiche: granuli Costituiscono una riserva endocellulare di carbonio e di energia: - granuli di glicogeno - granuli di poli-beta-idrossibutirrato

Nucleoide Tutti i batteri posseggono una regione, relativamente trasparente, in cui è addensato il materiale cromosomiale, denominato “nucleoide” e sede dell’informazione genetica; manca la membrana nucleare. Vi è un singolo cromosoma composto da una singola e lunga molecola di DNA, costituito da una doppia doppia elica di catene polinucleotidiche. Governa la trasmissione dei caratteri da una cellula alle generazioni successive. Presiede alla sintesi dei fattori che regolano il metabolismo cellulare.

Plasmidi ed Episomi I batteri possono veicolare nel loro citoplasma piccole porzioni di materiale genetico extracromosomiale, circolare, denominate plasmidi. I plasmidi possono replicarsi autonomamente e permanere nella cellula batterica per numerose generazioni. Le informazioni che veicolano non sono essenziali per la sopravvivenza della cellula. Alcuni plasmidi possono integrarsi nel cromosoma (in tal caso prendono il nome di episomi e, in queste condizioni, non si replicano più in modo autonomo, ma in sincronia con il cromosoma stesso). Un episoma può separarsi dal cromosoma e tornare a replicarsi autonomamente sotto forma di plasmide.

Capsula e strato mucoso (Sostanze Polimeriche Extracellulari) Struttura chimica: polimeri di monosaccaridi, di acidi uronici e di aminozuccheri. Funzioni: aderenza, protezione e virulenza. Capsula: struttura rigida tenacemente aderente all’involucro cellulare. Limo: massa amorfa viscosa che circonda la cellula.

Strato mucoso E’ responsabile della aderenza dei batteri alle cellule( cellule della mucosa orale , delle vie respiratorie,….) o a dei supporti inerti( placca dentaria sullo smalto dei denti, biofilms sui cateteri o ancora sulle protesi….) Protegge i batteri dall’essiccamento e li rende inoltre resistenti agli antisettici e agli antibiotici. Capsula Costituita da polissacaridi acidi (come l'acido galacturonico, l'acido glucuronico) ha potere patogeno poiché impedisce la fagocitosi. Nel Bacillus anthracis è formata da un peptide dell’acido D-glutammico. Essa permette di ricoscere sierotipi diversi di una stessa specie. E questa sierotipizzazione è uno dei metodi utilizzati nello studio delle epidemie.

Pili o fimbrie Flagelli Sono filamenti di natura proteica I pili comuni, o adesine, hanno la funzione di aderire a superfici, comprese quelle delle cellule eucariote I pili sessuali hanno la funzione di promuovere lo scambio genetico di tipo coniugativo Flagelli Sono filamenti di natura proteica; sono responsabili della motilità e della chemiotassi batterica. I batteri sono detti: monotrichi se hanno un unico flagello ad un polo; lofotrichi un ciuffo di flagelli ad un polo; anfitrichi ciuffi di flagelli ad entrambi i poli; peritrichi flagelli sparsi su tutta la superficie batterica