La risposta agli stress può rappresentare aspetti cooperativi all’interno della popolazione microbica e legati alla capacità di comunicare (Quorum sensing) e di aggregazione (Formazione di Biofilm)

QUORUM SENSING Meccanismo che permette di regolare una serie di geni in maniera dipendente dalla concentrazione batterica, tramite produzione e rilascio di molecole segnale, dette autoinduttori

I batteri producono recettori R sulla superficie che legano gli autoinduttori Innesco di segnali che portano alla espressione o repressione di geni

Sfruttando il “Quorum sensing”i batteri possono regolare: 1 Sfruttando il “Quorum sensing”i batteri possono regolare: 1. Emissione di bioluminescenza 2. Crescita competitiva fra differenti popolazioni (es. produzione di antibiotici e batteriocine) 4. Induzione di fattori di virulenza nei batteri patogeni per piante e animali 5. Formazione di Biofilm sulle superfici 6. Trasformazione nei batteri Gram positivi

LuxI LuxR LuxR GENI BERSAGLIO Identificato per la prima volta come una forma di regolazione della bioluminescenza nei batteri Vibrio fisheri LuxR LuxI LuxR GENI BERSAGLIO

Formazione di Biofilm I batteri colonizzano qualsiasi superficie: A- Inerti: legno metallo vetro plastica B- Tessuti vegetali e animali Microcoloniebatteriche sviluppatesi su un vetrino per micriscopia immerso in acqua I microrganismi che crescono sulle superfici sono racchiusi all’interno di biofilm

BIOFILM Insieme di cellule batteriche adese a una superficie e inglobate in una matrice polisaccaridica adesiva secreta dalle cellule stesse Formazione del biofilm 1. Formazione per adsorbimento di uno strato di sostanze organiche che favorisce la colonizzazione da parte di pochi batteri

2- Formazione di microcolonie e attivazione del “Quorum sensing Determina una modificata espressione genica che si manifesta con produzione di polisaccaridi della matrice, ma anche una maggiore espressione di fattori di adesione (es. pili e fimbrie) alla superficie

Formazione del Biofilm

Adesione Microcolonie Biofilm Cellula planctonica

Le dimensioni del biofilm variano in funzione delle condizioni ambientali: possono essere dell’ordine di micron o raggiungere dimensioni macroscopiche Feltri microbici nell’ambiente acquatico costituiti da comunità Microbiche differenti

Vantaggi dei batteri all’interno dei biofilm: 1- Difesa (Predatori, Essiccamento, Flusso di liquidi, Antibiotici, Sostanze tossiche, Fagocitosi 2- Permettono ai batteri di rimanere in una nicchia a loro favorevole (nutrienti) 3- E’ favorito lo scambio intercellulare: es. scambio di nutrienti 4- Favorito lo scambio genico orizzontale: vantaggioso dal punto di vista evolutivo

Biofilm in campo medico Biofilm e infezioni nell’uomo Infezioni o malattia Biofilm (specie batterica principale) Carie dentali Cocchi Gram-positivi acidofili (es. streptococchi) Otite media Ceppi di Haemophilus influenzae Infezioni muscoloscheletriche Cocchi Gram-positivi (es. stafilococchi) Infezioni del tratto gastro-intestinale Batteri enterici (es. Escherichia coli) Endocardite Streptococchi gruppo viridans Polmonite associata a fibrosi cistica P. aeruginosa

Biofilm in campo medico Colonizzazione batterica di protesi e dispositivi sanitari Biofilm come contaminanti di strumenti e presidii medici Dispositivi contaminanti Biofilm (specie batterica principale) Lenti a contatto Cocchi gram-positivi e P. aeruginosa Dispositivi per dialisi Flora batterica e fungina mista Cateteri urinari E. coli e altri bacilli gram-negativi Dispositivi endotracheali Cateteri venosi S. epidermis Valvole cardiache meccaniche S. aureus e S. epidermidis Inneschi vascolari Cocchi Gram-positivi Dispositivi ortopedici Protesi di vari organi

Biofilm in campo medico Placca dentale Formata da:- Batteri (60-70%) - Materiali organici salivari - Prodotti batterici extracellulari Formano un biofilm All’interno del Biofilm: produzione di acido lattico che: - abbassa il pH - solubilizza i cristalli di idrossiapatite (smalto) Formazione di una breccia nello smalto Raggiungimento della polpa dentale da parte di altri batteri

Biofilm nell’ambiente Reti di distribuzione dell’acqua I biofilms microbici si formano sulle superfici a contatto con l’acqua di tutti gli elementi che compongono le opere acquedottistiche: -condotte -serbatoi -sistema di tubazioni nel quale sono inseriti i dispositivi di erogazione alle utenze private La formazione di biofilm nelle reti idriche: -modifica le caratteristiche organolettiche dell’acqua -causa guasti operativi negli impianti idrici -condiziona l’efficienza dei processi di trattamento -causa problemi sanitari

I biofilms si manifestano soprattutto: - in corrispondenza di tratti della rete dove è ridotta la velocità di flusso dell’acqua (diramazioni, curve, raccordi, valvole) - dove si stabiliscono condizioni di potenziale ristagno (bracci morti, tubi delle utenze private, rubinetti, guarnizioni, raccordi e rompigetto, apparecchi per il trattamento domestico dell’acqua). In condizioni di dinamicità del sistema, i biofilms si distaccano dal substrato e, trasportati dall’acqua, giungono ai consumatori. La specifica architettura del biofilm rende inefficace l’azione dei biocidi

BIOFILM BIOFOULING Bio = vita BIOFILM BIOFOULING Bio = vita Fouling= immondizia Incrostazione biologica Formazioni che ornano la superficie degli oggetti rimasti sommersi in ambiente acqueo (carene delle barche, manufatti in pietra, metalli, plastica, cordami, conchiglie, tegumento dei grandi mammiferi)

BIOFOULING Struttura metallica con abbondante presenza di biofouling Fouling su una carena di una nave durante le operazioni di carenaggio

MONUMENTI Patina verdastra che spesso ricopre statue o parti di edifici d’epoca Microrganismi fotosintetici (cianobatteri) che possono impiantarsi su superfici inerti (rocce, marmi) Producono danno: -estetico -microstrutturale epilitici (restano in superficie) endolitici (penetrano negli strati sottosuperficiali) Possono essere presenti: -organismi eterotrofi -licheni

BIOFILM IMPIEGO PER FINI UTILI DEPURATORI DELLE ACQUE REFLUE EMISSIONI GASSOSE DELLE INDUSTRIE (BIOFILTRI)