CRESCITA E METABOLISMO BATTERICO Prof. Giovanni Giammanco

Suddivisione dei batteri in base alle loro esigenze energetiche e nutrizionali

Fattori condizionanti la crescita microbica FATTORI NUTRIZIONALI H2O = fattore indispensabile per le reazioni chimiche Macronutrienti: Fonti di : Carbonio (C), Azoto (N), Fosforo (P), Zolfo (S), Potassio (K), Magnesio (Mg), Calcio (Ca), Sodio (Na), Ferro (Fe) Micronutrienti (elementi in tracce) Fattori di crescita (vitamine, aminoacidi, nucleotidi)

Riproduzione per scissione binaria

Crescita logaritmica Tempo (h) Numero cellule

Curva di crescita batterica

Chemostato

Fattori che influiscono sullo sviluppo dei microrganismi Nutrienti Tempo Temperatura pH Acqua disponibile (aw) Potenziale redox (tensione di ossigeno) Interazioni microbiche

Suddivisione dei microrganismi in base alla temperatura di crescita

pH e crescita microbica

Alofilia Alotollerante Alofilo estremo Non alofilo

METABOLISMO

Processi anabolici

Sintesi di ATP Nei batteri chemioeterotrofi, 2 meccanismi: Fermentazione Processo redox in assenza di accettori finali di elettroni Respirazione Ossigeno molecolare o altro accettore finale di elettroni

(via di Embden-Meyerhof) Fermentazioni Glicolisi (via di Embden-Meyerhof)

Ciclo dell'acido citrico (Ciclo di Krebs) Glucosio Ac. piruvico Glicolisi

Generazione della forza proto-motrice nella respirazione aerobica 1 NADH = 12 protoni

ATP sintetasi (ATPasi) Nella fosforilazione ossidativa: 4 protoni = 1 ATP Per cui: 1 NADH = 12 protoni = 3 ATP

Respirazione aerobia

Respirazione anaerobia

Esigenze gassose Aerobi = crescono in presenza di ossigeno atmosferico Anaerobi = crescono in assenza di ossigeno atmosferico Anaerobi facoltativi = vivono anche in assenza di ossigeno, ma la crescita è più rigogliosa in sua presenza Microaerofili = possono moltiplicarsi in presenza di aria (20% di ossigeno), ma crescono meglio a concentrazioni inferiori (2-18%)

L'ossigeno e la crescita microbica Aerobi obbligati Anaerobi Aerobi facoltativi Microaerofili Anaerobi aerotolleranti

Prodotti tossici dell’ossigeno I batteri che utilizzano come accettore finale di elettroni l’ossigeno possiedono una citocromossidasi che catalizza la reazione con formazione di H2O. Il trasferimento di elettroni all’O2 può dare origine a perossido di idrogeno, all’ anione superossido ( O2-) o al radicale ossidrile (OH-). Superossido Perossido d'idrogeno Radicale idrossile Acqua

I batteri producono due tipi di enzimi per eliminare il perossido d’idrogeno: catalasi e perossidasi La catalasi catalizza la reazione: H2O2 2H2O + O2 La perossidasi catalizza la riduzione di H2O2 ad H2O tramite l’ossidazione di composti organici.

Per potere coltivare i batteri in laboratorio occorre creare idonee condizioni ambientali, disporre di un idoneo substrato, di appositi contenitori. IN BASE ALLO STATO FISICO I TERRENI SI DISTINGUONO IN LIQUIDI SOLIDI matraccio provetta piastra

Terreni di coltura Terreno liquido: brodo nutriente (acqua, cloruro di sodio, estratto di carne, peptoni). 2. Terreno solido: brodo nutriente con agar 1,5-2%.. Becco di clarino

Tecniche di semina su terreno agarizzato

Tecnica di semina per dissociazione per ottenere colonie isolate

Colonie Ogni colonia è originata da una singola cellula vitale Una cellula in grado di formare colonia viene indicata come Unità Formante Colonia (UFC) Il numero delle colonie contate sulla piastra corrisponde al numero di UFC nell’inoculo

Terreni selettivi: addizionati di sostanze che impediscono la crescita di alcuni batteri, consentendo lo sviluppo di altri. In genere, si tratta di terreni solidi. Es.: MacConkey, Mannitol-Salt-Agar, Sabouraud agar. Terreni di arricchimento: sono in genere terreni liquidi che favoriscono la crescita di un particolare microrganismo a discapito di altri presenti nello stesso inoculo. Es.: brodo-selenite per Salmonella e Shigella.

Terreni differenziali: addizionati di nutrienti utilizzabili solo dal batterio ricercato. Un indicatore di pH segnala la presenza di prodotti di degradazione del nutriente metabolizzato. Colonia lac+ Colonia lac- MacConkey agar

METODI DI IDENTIFICAZIONE MICROBICA In seguito all’ottenimento di una coltura pura si prosegue analizzando una serie di caratteri dello “stipite “ batterico: Caratteri microscopici Morfologia Caratteri tintoriali 2. Aspetto delle colture e caratteri biochimici: Fermentazione di carboidrati Produzione di prodotti metabolici peculiari Assenza o presenza di enzimi particolari

SCHEMA IDENTIFICATIVO

Test dell’ossidasi FENILEN DIAMMINA Tetrametil-p-fenilendiamina

FERMENTAZIONE

Test del Rosso Metile Escherichia, Salmonella, Shigella e Citrobacter producono notevoli quantità di acido acetico e lattico

Reazione di Voges-Proskauer. Klebsiella, Enterobacter, Hafnia e Serratia producono Acetil-metil-carbinolo,

Terreno di Kliger

Test della catalasi

Test della coagulasi

Conta totale Conta totale per ml = numero di batteri contato nei 25 quadrati x 50 Conta per ml = conta per ml x 1000 Altezza dello spazio capillare fra vetrino e coprioggetti: 0,02 mm Volume di conta totale: 0,02 mm3 = 0,02 ml 1 mm La camera di conta è costituita da 25 quadrati

Conta vitale

Diluizioni

Misura della torbidità