Prof. Fabrizio Carmignani IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI) BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA BATTERIOLOGIA classe II ITI Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)

INDICE: ORIGINE della VITA La Terra primordiale Evoluzione chimica Evoluzione biologica BATTERIOLOGIA Classificazione e morfologia batterica Struttura cellula batterica La riproduzione batterica Modalità nutritive dei batteri Batteriologia sistematica Ruolo ecologico dei batteri

1. ORIGINE della VITA

A. La TERRA PRIMORDIALE

La VITA ebbe inizio su una TERRA primordiale La storia biologica e quella geologica della Terra (età di 4,6 miliardi di anni circa) sono interconnesse Circa 3 miliardi di anni fa la Terra era ricca di vulcani che eruttavano polveri e gas nell’atmosfera e rocce fuse sul suolo Le coste erano dominate da formazioni rocciose di colore verde chiaro che in realtà erano spessi agglomerati di batteri: le cosiddette STROMATOLITI

L’atmosfera primordiale probabilmente conteneva H2O, CO (monossido di carbonio), CO2 , N2 (azoto) , e forse anche CH4 (metano) e NH3 (ammoniaca) mentre l’ossigeno era scarso o assente L’attività vulcanica e le radiazioni ultraviolette dovevano essere molto intense STROMATOLITI

Formazioni stratificate (STROMATOLITI) fossili risalenti a 2,5 miliardi di anni fa segnano il momento in cui i batteri fotosintetici cominciarono a produrre l’OSSIGENO che rese aerobica l’atmosfera

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Quale è l’età della terra? Che cosa si intende per terra primordiale? Che cosa sono le stromatoliti? SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

B. EVOLUZIONE CHIMICA

EVOLUZIONE CHIMICA: prima tappa I più antichi procarioti (BATTERI) fossili sono datati 3,5 miliardi di anni, ma la vita potrebbe essersi originata a partire da materia non vivente anche 3,9 miliardi di anni fa La I tappa è stata quella di ottenere piccole molecole organiche, probabilmente grazie a reazioni innescate dall’energia dei fulmini o delle radiazioni ultraviolette nell’atmosfera primordiale (vedi esperimento di MILLER) MATERIA NON VIVENTE MATERIA VIVENTE EVOLUZIONE CHIMICA

MATERIA VIVENTE (ORGANICA) MATERIA NON VIVENTE EVOLUZIONE CHIMICA MATERIA VIVENTE (ORGANICA) PRIME CELLULE PROCARIOTICHE EVOLUZIONE BIOLOGICA PRIME CELLULE EUCARIOTICHE

Un’atmosfera iniziale priva di OSSIGENO Gli esperimenti per ricreare il «BRODO PRIMORDIALE» Un’atmosfera iniziale priva di OSSIGENO Nel 1953, Stanley MILLER mise a punto una serie di esperimenti per riprodurre l’atmosfera primordiale della Terra. Miller partì dall’ipotesi degli scienziati OPARIN e HALDANE, secondo la quale l’atmosfera primordiale era priva di ossigeno e quindi riducente “BRODO PRIMORDIALE” Insieme di sostanze chimiche disciolte nelle acque dei mari (tranquille lagune) presenti sulla TERRA primordiale Stanley MILLER

Secondo l’ipotesi di OPARIN, l’atmosfera primitiva conteneva: Il «brodo primordiale» di OPARIN Secondo l’ipotesi di OPARIN, l’atmosfera primitiva conteneva: METANO, AMMONIACA, IDROGENO , VAPORE ACQUEO Le reazioni chimiche tra queste sostanze avrebbero originato le prime molecole organiche, che sono le molecole basilari degli esseri viventi L’atmosfera riducente (senza ossigeno) avrebbe favorito la formazione di molecole complesse a partire da molecole più semplici

ESPERIMENTO di Stanley MILLER Simulazioni delle condizioni primordiali in laboratorio hanno prodotto amminoacidi, zuccheri, lipidi, basi azotate presenti nei nucleotidi (mattoni) del DNA e dell’RNA e perfino ATP (adenosintrifosfato), molecola contenente energia. Tutte queste sostanze sono tipiche degli esseri viventi Acqua raffreddata contenente COMPOSTI ORGANICI Flusso d’acqua fredda CONDENSATORE CAMPIONE PER L’ANALISI CHIMICA H2O «MARE» VAPORE ACQUEO «ATMOSFERA» ELETTRODO CH4 NH3 H2 Esperimento di MILLER (1953)

LE IPOTESI SUCCESSIVE ACIDI NUCLEICI Oggi, la maggior parte degli scienziati ritiene che la composizione dell’atmosfera primordiale doveva essere diversa da quella presunta da Miller. Viene ritenuto più probabile che i gas presenti nell’atmosfera fossero soprattutto CO, CO2, N2 (prodotti da vulcani in eruzione), piuttosto che H2, CH4 e NH3. Alcuni studiosi ritengono inoltre più probabile che la vita si sia originata a livello di vulcani sommersi o sorgenti sottomarine idrotermali ACIDI NUCLEICI molecole basilari per la vita DNA – acido desossiribonucleico RNA – acido ribonucleico

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Quando si sono avute le prime forma di vita sulla terra? Che cosa si intende per evoluzione chimica? Descrivi l’esperimento di Stanley Miller Che cosa ottenne? Quali ipotesi successive sono state fatte? SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

EVOLUZIONE CHIMICA: seconda tappa La II tappa più importante a livello chimico deve essere stata la polimerizzazione, cioè la formazione di grandi molecole come gli ACIDI NUCLEICI e le PROTEINE, a partire dai rispettivi monomeri, piccole molecole (mattoni): NUCLEOTIDI: “mattoni” degli ACIDI NUCLEICI AMMINOACIDI: “mattoni” delle PROTEINE Le piccole molecole organiche formarono grandi molecole (polimeri) su rocce calde (es. argille) dando origine a PROTEINE e ACIDI NUCLEICI, sostanze fondamentali degli esseri viventi

UNIONE di TANTI MONOMERI POLIMERI e MONOMERI I POLIMERI sono composti naturali o sintetici a elevato peso molecolare (P.M.) costituiti da molecole di grandi dimensioni e per questo definite MACROMOLECOLE I polimeri derivano dalla unione, chiamata polimerizzazione , di molecole di piccole dimensioni e a basso peso molecolare , cioè i MONOMERI, che si concatenano tra di loro secondo lunghe sequenze e rappresentano le unità strutturali dei polimeri UN POLIMERO UNIONE di TANTI MONOMERI

I POLIMERI si dividono in: OMOPOLIMERI: formati da un solo tipo di monomero Es. il POLIETILENE che risulta dall'unione di numerose molecole di etilene COPOLIMERI: formati dall’unione di 2 o più tipi di monomero Es. il NAILON formato dall'unione di molecole di acido adipico e di esametilendiammina Sono POLIMERI importanti sostanze naturali come la cellulosa, le proteine, gli acidi nucleici, la gomma naturale, come pure materiali sintetici (artificiali) di fondamentale interesse tecnologico, come le materie plastiche (polietilene, PVC…)

Esempio di POLIMERO sintetico: KEVLAR Detto anche TWARON è una fibra sintetica polimerica che a parità di peso è 5 volte più resistente dell'acciaio Il Kevlar ha un grande resistenza al calore e si decompone a circa 500 °C senza fondere. Per le sue caratteristiche di resistenza, il kevlar viene utilizzato per la costruzione di giubbotti antiproiettile di attrezzature per gli sport estremi, di componenti per gli aeromobili. Il kevlar è stato inventato nel 1965, ed è attualmente un marchio di fabbrica della DuPont MONOMERO

EVOLUZIONE CHIMICA: terza tappa A questo punto, dopo aver ottenuto le grandi molecole fondamentali degli esseri viventi, la III TAPPA dovrebbe essere stata quella che all’interno di queste molecole, alcune contenenti informazioni (ACIDI NUCLEICI), diventarono capaci di duplicarsi e trasmettere le informazioni alle cellule figlie. Le prime molecole in grado di DUPLICARSI potrebbero esser state molecole di RNA: acido RIBONUCLEICO che quindi ha rappresentato il primo materiale genetico. Un’informazione completa, scritta in un certo modo sulla molecola di RNA, prende il nome di GENE

Il primo materiale genetico potrebbe essere stato costituito da RNA Un’ipotesi condivisa è che i primi GENI (sostanze che portano “informazioni”) fossero brevi filamenti di RNA in grado di duplicarsi, forse su superfici argillose Filamento COMPLEMENTARE G A C U 1 2 Formazione di semplici «GENI», costituiti da brevi polimeri di RNA Assemblaggio di una catena di RNA complementare ( primo passo della duplicazione del gene originale) MONOMERI (“mattoni” dell’RNA) Filamento ORIGINALE GENI PRIMITIVI: molecole di RNA che portavano informazioni

EVOLUZIONE CHIMICA: quarta tappa La IV tappa probabilmente ha riguardato la formazione di membrane in grado di racchiudere questi aggregati di molecole in modo da ottenere così le prime CELLULE RNA AUTODUPLICAZIONE DELL’RNA La più antica forma di cooperazione molecolare può aver coinvolto un modello primitivo di traduzione, in cui semplici geni a RNA venivano tradotti in PROTEINE senza l’intervento di altre strutture IL DUPLICATO SERVE DA STAMPO PER FORMARE UNA PROTEINA PROTEINA La PROTEINA agisce come un primitivo enzima che favorisce la duplicazione dell’RNA

PRIME CELLULE PROCARIOTICHE PRIME CELLULE PROCARIOTICHE Semplici membrane potrebbero aver protetto questi aggregati molecolari formati da RNA e PROTEINE, su cui la selezione naturale avrebbe agito favorendo un grado via via maggiore di cooperazione molecolare che avrebbe poi dato origine alle PRIME CELLULE PROCARIOTICHE LM 650 RNA MEMBRANA PROTEINA EVOLUZIONE BIOLOGICA PRIME CELLULE PROCARIOTICHE

Con la formazione delle prime cellule primitive procariotiche, circa 3,5 miliardi di anni fa, inizia un’altra forma di evoluzione che porterà allo sviluppo, sul nostro pianeta, di un numero enorme di specie viventi, sino alla comparsa della specie umana Si tratta dell’ EVOLUZIONE BIOLOGICA

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Che cosa è l’evoluzione biologica? Indica la differenza tra polimero e monomero In che modo potrebbero essersi formate le prime cellule procariotiche? SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

2. BATTERIOLOGIA

CLASSIFICAZIONE e MORFOLOGIA BATTERICA

I BATTERI sono organismi unicellulari procarioti, appartenenti al regno delle MONERE Questi PROCARIOTI sono presenti sulla Terra da alcuni miliardi di anni Probabilmente le prime forme di vita risalgono a circa 3,2 MLD di anni fa PROCARIOTI (UNICELLULARI) rappresentano le più antiche forme di vita e anche oggi restano gli organismi più numerosi e maggiormente diffusi sulla Terra: sono UBIQUITARI Colonizzata SEM 650  BATTERI presenti sulla punta di uno spillo

EUBACTERIA (EUBATTERI o semplicemente BATTERI) ARCHEBATTERI ed EUBATTERI rappresentano le 2 principali ramificazioni (DOMINI) nell’evoluzione dei PROCARIOTI Costituiti da cellule prive di nucleo e di organuli, al loro interno, i procarioti presentano differenze strutturali così importanti da essere classificati in 2 diversi domini: EUBACTERIA (EUBATTERI o semplicemente BATTERI) ARCHAEBACTERIA (ARCHEBATTERI o ARCHEI)

SFERICA (cocchi) CILINDRICA (bacilli) I BATTERI presentano una grande varietà di forme e quindi di morfologia: SFERICA (cocchi) CILINDRICA (bacilli) CILINDRICA RICURVA (vibrioni) SPIRALATA (spirochete e spirilli) Colonizzata SEM 12 000  Colonizzata SEM 9000  Colonizzata SEM 3000  COCCHI BACILLI SPIROCHETE

MORFOLOGIA cellula BATTERICA

Infatti si dice che sono UBIQUITARI Caratteristiche strutturali specifiche permettono ai procarioti di vivere quasi ovunque Infatti si dice che sono UBIQUITARI Tutti i PROCARIOTI (EUBATTERI e ARCHEI) presentano alcune caratteristiche strutturali che consentono loro di occupare una vastissima gamma di ambienti, anche i più estremi e da qui il termine: ESTREMOFILI cioè batteri che vivono nelle profondità marine (abissi), in ambienti molto freddi, in laghi salati, in sorgenti termali calde…ecc., dove organismi più complessi non possono vivere

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Che cosa è la batteriologia? Indica le varie forme (morfologia) della cellula batterica Che cosa si in tende per estremofili? SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

STRUTTURA CELLULA BATTERICA

Cellula PROCARIOTICA (Batteri) 1 2 1 - 2 - 3 RIVESTIMENTI ESTERNI 3 dimensioni di POCHI MICRON

Staphylococcus aureus (forma a cocco) Escherichia coli (forma a bacillo)

RIVESTIMENTI ESTERNI: LE STRUTTURE ESTERNE Una delle strutture più importanti che caratterizzano la cellula procariotica è rappresentata dalla PARETE CELLULARE rigida, che da la forma al batterio ed è costituita da una sostanza particolare: il PEPTIDOGLICANO o MUREINA Colonizzata TEM 70 000  CAPSULA 3 MEMBRANA CELLULARE 2 PARETE RIVESTIMENTI ESTERNI: CAPSULA PARETE MEMBRANA CELLULARE 1

funzione di ancoraggio I PILI o FIMBRIE sono appendici corte e sottili che permettono ai procarioti di attaccarsi gli uni agli altri, oppure alle rocce presenti nelle acque correnti, o ancora alle pareti interne dell’intestino umano (STRUTTURE di ANCORAGGIO) Colonizzata TEM 16 000  PILI (FIMBRIE) funzione di ancoraggio

LA MOBILITÀ Numerose specie di EUBATTERI e ARCHEBATTERI sono provvisti di FLAGELLI che consentono loro il movimento. Da questo punto di vista possiamo avere batteri: MONOTRICHI: 1 flagello PERITRICHI: tanti flagelli LOFOTRICHI: 2 ciuffi di flagelli Comunque ci sono batteri che non li hanno, come i COCCHI , e per questo sono detti ATRICHI FLAGELLO MEMBRANA PLASMATICA PARETE CELLULARE Movimento rotatorio del flagello Colonizzata TEM 14 000

Batteri AEROBI sporigeni: Gen. BACILLUS Alcuni EUBATTERI possono formare ENDOSPORE, cioè organi di resistenza, che permettono loro di sopravvivere a lungo in condizioni difficili, in uno stato di quiescenza. I BATTERI che producono SPORE sono detti BATTERI SPORIGENI Batteri AEROBI sporigeni: Gen. BACILLUS Es. Bacillus anthracis 2. Batteri ANAEROBI sporigeni: Gen. CLOSTRIDIUM Es. Clostridium tetani Clostridium botulinum TEM 34 000  ENDOSPORA

ORGANIZZAZIONE INTERNA Molti BATTERI sono provvisti di membrane specializzate per svolgere funzioni metaboliche. MEMBRANA RESPIRATORIA FOTOSINTETICA TEM 45 000 TEM 6000 MEMBRANE INTERNE

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Disegna una cellula batterica ed indica tutte le sue strutture Che cosa sono le spore batteriche? Quali sono i principali batteri che producono spore? SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

La RIPRODUZIONE BATTERICA

Uno dei motivi del grande successo dei BATTERI è la loro capacità di riprodursi rapidamente quando si trovano in un ambiente favorevole. La maggior parte dei BATTERI produce una nuova generazione nell’arco di 1-3 ore, ma esistono specie che, in condizioni ottimali, possono riprodursi ogni 20 minuti La riproduzione è ASESSUATA (senza l’intervento di 2 organismi, maschio e femmina) ed avviene per SCISSIONE BINARIA, cioè da una cellula se ne formano 2

RIPRODUZIONE ASESSUATA dei BATTERI DNA RIPRODUZIONE ASESSUATA dei BATTERI SCISSIONE BINARIA

ARITHMETIC LOGARITHMIC BATTERI CRESCITA LOGARITMICA

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Che tipo di riproduzione hanno i batteri? In condizioni ottimali quanto tempo impiegano per riprodursi? SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

D. MODALITÀ NUTRITIVE dei BATTERI

Si possono dividere in 2 grandi gruppi: ETEROTROFI (la maggior parte) Nel loro complesso, i PROCARIOTI (Batteri) mostrano una varietà di modalità nutritive molto diversificate e maggiore di tutti gli EUCARIOTI messi insieme Si possono dividere in 2 grandi gruppi: AUTOTROFI ETEROTROFI (la maggior parte)

Gli AUTOTROFI possono essere di 2 tipi: Sono quelli in grado di sintetizzare (produrre) le proprie sostanze organiche (complesse) a partire da sostanze semplici inorganiche Gli AUTOTROFI possono essere di 2 tipi: FOTOAUTOTROFI: ricavano energia dalla luce del sole e utilizzano la CO2 come fonte di carbonio: fanno la FOTOSINTESI CHEMIOAUTOTROFI: ricavano energia dai prodotti chimici inorganici invece che dalla luce solare e utilizzano la CO2 come fonte di carbonio

Gli ETEROTROFI possono essere di 2 tipi: Non sono in grado di sintetizzare (produrre) le proprie sostanze organiche (complesse) a partire da sostanze semplici inorganiche e quindi le devono assumere dall’ambiente già formate Gli ETEROTROFI possono essere di 2 tipi: FOTOETEROTROFI: ricavano energia dalla luce solare ed il carbonio dalle sostanze organiche CHEMIOETEROTROFI: ricavano sia il carbonio sia l’energia dai composti organici (sono talmente eterogenei che qualsiasi molecola organica può rappresentare un alimento)

CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI IN BASE ALLE MODALITÀ NUTRITIVE

FONTE di ENERGIA e di MATERIA (carbonio) degli esseri viventi 1) FONTE di ENERGIA 1a) LUCE SOLARE 1b) SOSTANZE CHIMICHE 2a)CARBONIO INORGANICO CO2 PIANTE ALGHE alcuni BATTERI Alcuni BATTERI (CHEMIOLITOTROFI) del suolo AUTOTROFI 2b)CARBONIO ORGANICO ANIMALI PROTOZOI ETEROTROFI FOTOTROFI (FOTOSINTECI) CHEMIOTROFI (CHEMIOSINTETICI) 2) FONTE di CARBONIO

La cooperazione metabolica Terreno da batteriologia con In alcuni procarioti la cooperazione ha luogo in colonie chiamate BIOFILM che rivestono le superfici. Quando la colonia è abbastanza grande si attiva la produzione di proteine che determinano l’adesione delle cellule tra di loro e al substrato (“oggetto” dove si trovano) Colornzzata SEM 13 000  Capsula PETRI BIOFILM Terreno da batteriologia con crescita di colonie

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Indica la differenza tra organismo eterotrofo e autotrofo Quali fonti di energia possono usare i batteri? Quali fonti di carbonio possono usare i batteri? Disegna una tabella che indica le 4 combinazioni possibili come fonti di energia e di carbonio SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

BATTERIOLOGIA SISTEMATICA

2. EUBACTERIA (EUBATTERI o semplicemente BATTERI) La BATTERIOLOGIA SISTEMATICA è quella parte della batteriologia che classifica i batteri dividendoli inizialmente nei 2 DOMINI degli: ARCHAEBACTERIA EUBACTERIA 1. ARCHAEBACTERIA (ARCHEBATTERI o ARCHEI) 2. EUBACTERIA (EUBATTERI o semplicemente BATTERI)

1) Gli ARCHEBATTERI vivono in condizioni ambientali estreme e per questo sono detti anche “ESTREMOFILI” Gli ARCHEI o ARCHEBATTERI sono comuni negli ambienti estremi, come fanghi non ossigenati, laghi salati, sorgenti calde, sorgenti marine idrotermali e il sistema digerente di certi animali. Sono numerosi e abbondanti anche nelle acque oceaniche.

SORGENTE CALDA

2) Gli EUBATTERI comprendono diversi gruppi di procarioti Il dominio EUBACTERIA si suddivide attualmente in 9 gruppi (5 dei quali sono considerati in realtà sotto-gruppi di un unico clado di batteri Gram-negativi chiamati PROTEOBATTERI) A) Dal PRIMO al QUINTO gruppo: PROTEOBATTERI Salmonella typhi Helicobacter pylori

Salmonella typhi (tifo) Vibrio cholerae (colera) PROTEOBACTERIA (proteobatteri) sono un gruppo importante e vasto di batteri Includono un'ampia gamma di agenti patogeni parassiti che causano malattie come: Escherichia coli (diarrea) Salmonella typhi (tifo) Vibrio cholerae (colera) Helicobacter pylori (tumori stomaco) Altri sono liberi nell'ambiente e sono AZOTOFISSATORI Il gruppo è stato definito confrontando alcune molecole della loro cellula (RNA) ed è così chiamato per il dio greco Proteo (che è anche il nome di un genere di proteobatteri) in grado di cambiare forma a seconda delle varie situazioni ambientali

E’ la più importante colorazione batteriologica COLORAZIONE di GRAM La colorazione di Gram è un esame di laboratorio microbiologico che permette di classificazione i batteri in gram-positivi (blù) e gram-negativi (rossi): quindi abbiamo batteri gram+ e gram- Fu messo a punto nel 1884 dal medico danese Hans Joachim Christian Gram, e mette in evidenza alcune proprietà fondamentali della parete cellulare dei batteri E’ la più importante colorazione batteriologica Bacillus cereus (Gram +) Colore BLU’ Escherichia coli (Gram -) Colore ROSSO

B) SECONDO gruppo: (6°) è costituito dalle CLAMIDIE C)TERZO gruppo: (7°) è quello delle SPIROCHETE PAP TEST : infezione da CLAMIDIA Inclusioni di Clamidya trachomatis Treponema pallidum Agente eziologico della malattia venerea o a trasmissione sessuale denominata SIFILIDE

D) QUARTO gruppo: (8°) batteri GRAM-POSITIVI Staphylococcus aureus E) QUINTO gruppo: (9°) batteri fotosintetici che vivono solitari o formano colonie: CIANOBATTERI Staphylococcus aureus Colorized SEM 2,800 LM 650  CELLULE FOTOSINTETICHE CELLULE AZOTOFISSATRICI Colonizzata SEM 28 000 

Alcuni batteri provocano delle malattie, cioè sono definiti PATOGENI BATTERI PATOGENI Alcuni batteri provocano delle malattie, cioè sono definiti PATOGENI I batteri patogeni provocano malattie a causa delle esotossine ed endotossine che producono TOSSINE = veleni dei batteri TULAREMIA Francisella tularensis ANTRACE o CARBONCHIO Bacillus anthracis

Carbonchio Avvelenamento da cibo Botulismo Cancrena gassosa Tetano Difterite Diarrea Broncopolmonite Morbo del legionario (LEGIONELLA) Lebbra Tubercolosi Salmonella Febbre tifoidea (TIFO) Gastroenterite da salmonella (SALMONELLOSI) Dissenteria bacillare gastroenterite Peste Tracoma uretrite cervicite congiuntivite Pertosse (tosse asinina) Brucellosi Meningite polmonite batterica Gonorrea malattia pelvica infiammatoria (PID) avvelenamento da tossine batteriche infezioni della pelle infezioni alle orecchie Faringite da streptococco febbre reumatica Scarlattina febbre della puerpera Listeriosi setticemia perinatale encefalite infezioni uterine Pneumonia Tifo epidemico malattia di Brill-Zinsser (diffusa dai pidocchi) Febbre esantematica delle Montagne Rocciose (diffusa dalle zecche) Tifo endemico (tifo murino, diffusa dalle mosche parassite dei ratti) Campilobatteriosi (diarrea batterica) Febbre da morso di ratto Sifilide Vibrione setticemia infezioni delle ferite e delle vie urinarie Colera epidemico MALATTIE BATTERICHE

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Che cosa è la batteriologia sistematica? Quali sono i 2 domini in cui si possono classificare i batteri? Che cosa sono i proteobatteri? Che cosa è la colorazione di Gram? Che cosa sono le clamidie? e le spirochete’ Che cosa sono i cianobatteri? Cosa si intende per batteri patogeni e che cosa producono Indica 5 malattie umane causate da batteri SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

RUOLO ECOLOGICO dei BATTERI F. RUOLO ECOLOGICO dei BATTERI

AZOTOFISSATORI e DECOMPOSITORI Il ruolo ecologico svolto dai batteri nei vari ecosistemi ambientali è fondamentale. Importante è anche la loro utilità nel risanamento ambientale AZOTOFISSATORI e DECOMPOSITORI CIANOBATTERI: sono azotofissatori, convertono cioè l’azoto gassoso (N2) dell’atmosfera in composti azotati La DECOMPOSIZIONE è un’altra funzione fondamentale di alcuni procarioti, che sono in grado di demolire materiali organici per renderli utilizzabili, sotto forma di sostanze inorganiche, da altri organismi.

LA DEPURAZIONE DELLE ACQUE BIOTECNOLOGIA Procarioti decompositori possono essere usati nella depurazione delle acque e dei liquami e nei disastri petroliferi o nella decontaminazione delle miniere di metallo in disuso LIQUAMI DEFLUSSO Braccio rotante che spruzza il liquame Letto roccioso coperto di batteri e funghi aerobi DEPURATORE BIOLOGICO: a fanghi attivi

IL BIORISANAMENTO Il biorisanamento è un campo di applicazione che prevede l’uso di organismi per risolvere alcuni problemi ambientali I batteri possono essere utilizzati per ripulire spiagge inquinate dal petrolio, oppure l’acqua drenata dai siti minerari. Tutte queste applicazioni rientrano nel vasto settore delle BIOTECNOLOGIE

Principali eventi della storia della VITA sulla TERRA ESERCIZI PALEOZOICO MESOZOICO CENOZOICO SPECIE UMANA PIANTE TERRESTRI ANIMALI EUCARIOTI UNICELLULARI Origine del sistema solare e della Terra 4,6 MLD/anni fa 1 2 4 3 Miliardi di anni fa ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERA PROCARIOTI PLURICELLULARI Spiega perché i batteri svolgono anche un ruolo ecologico molto importante SCALA CRONOLOGICA in cui collocare gli antichissimi fossili Se la storia della TERRA si riduce ad un giro di orologio di 24 h, la specie umana è “comparsa” 4 secondi prima della mezzanotte

FINE della lezione N. 4 BATTERIOLOGIA Grazie per l’attenzione! E ricordatevi…! …Considerate la vostra semenza fatti non foste a viver come bruti ma per seguir virtute e canoscenza DANTE ALIGHIERI (Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI , 118-120) Prof. CARMIGNANI FABRIZIO fabcar@hotmail.it