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Microbiologia

Procarioti

Le cellule procariote (pro :prima e kàryon :nucleo) sono cellule prive di un nucleo ben definito e delimitatedalla membrana cellulare, le cellule procariote rispetto a quelle eucariote non possiedono organuli e hannouna struttura interna molto semplice. Non avendo il nucleo il loro DNA è sparso nel citoplasma. Le lorodimensioni sono dell'ordine di pochi micron. L'interno non è suddiviso in organuli da membrane, anche se

alcune funzionimetaboliche, come la respirazione e la fotosintesi, sono associate ad invaginazioni e

 

ripiegamenti dellamembrana cellulare. Il genoma cellulare è più semplice di quello delle cellule eucariote ed

è costituito da una sola molecola circolare di DNA. È assente la membrana nucleare. Il citoplasma dellecellule procariote contiene:il DNA e i ribosomi organelli responsabili della sintesi delle proteine.Oltre allamembrana cellulare il batterio possiede una parete con funzione essenzialmente di supporto strutturaledovuta alla sua rigidità (la presenza della parete protegge la cellula da eventuali lisi osmotiche cioè dallarottura della membrana cellulare).Esternamente alla parete cellulare ci può essere uno strato più spesso emeno rigido, detto capsula.Altre strutture presenti nel batterio sono il flagello che viene utilizzato per

muoversi nei mezzi acquosi e i pili usati come ancore di fissione sulle superfici. 

I batteri si dividono in due grandi ceppi gram-positivi e gram-negativi .I gram-positivi hanno una spessa

parete mentre nei gram-negativi la parete è sottilissima. La colorazione di Gram è un esame di

laboratorio che dà ragione della classificazione dei batteri in gram-positivi e gram-negativi.Le proceduresono le seguenti: Si pone nella piastra di coltura un colorante basico e idrofilo (si lega all’acqua);passati i

3 minuti si opera un lavaggio con liquido di Lugol (una soluzione di iodio e ioduro di potassio) chereagisce con il colorante basico formando un composto liposolubile, che si lascia agire per circa 1

 

minuto; successivamente il materiale organico viene lavato con una soluzione decolorante (alcool

etilico o simili) e infine con acqua; i batteri Gram + hanno trattenuto il colorante basico (viola), poichél'alcool non ha danneggiato a sufficienza la spessa parete cellulare (idrofila) che non permette al

 

colorante di passare, mentre i Gram - sono grigiastri, privi di colorazione, questo perché l'alcool hasciolto i lipidi della membrana esterna e danneggiando la sottile parete cellulare che non è più in grado

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di trattenere il complesso cristal violetto - ioduro (liposolubile); infine, per far risaltare meglio la differenza

 

si colora quindi il materiale con un colorante di contrasto.I batteri gram-positivi hanno una parete molto

 

sviluppata composta principalmente da peptidoglicano formato da zuccheri legato a cortipolipeptidi,Antibiotici comela penicillina (prodotto da una muffa) ha il potere di interferire con la parete

 

cellulare batterica portando alla morte del microorganismo.Quindi i batteri gram-negativi sono immuni

all’antibiotico perché presentano una ridottissima parete oppure ne sono privi.

Riproduzione batterica

La riproduzione batterica avviene in due fasi distinte:incremento delle dimensioni del batterio, chesintetizza e sviluppa le varie strutture cellulari;divisione della cellula madre per originare due cellulefiglie.La crescita della popolazione batterica segue un andamento caratteristico, che la rendesuddivisibile in quattro fasi:DI LATENZA: i batteri sintetizzano le sostanze necessarie per prepararsialla divisione e non aumentano di numero; la sua durata varia da specie a specie ed in relazione alle

condizioni ambientali.DI CRESCITA ESPONENZIALE: ogni 10 - 60 minuti il numero di batteriraddoppia (sviluppo logaritmico).FASE STAZIONARIA: scarseggiano le sostanze nutritive ed il numerodi nuove cellule equivale al numero di batteri morti.MORTE: il drastico calo di nutrienti porta alla mortedi un numero di batteri superiore rispetto a quello delle cellule ancora in grado di riprodursi.

I batteri molte volte vivonoin comunità ma non formano organismi pluricellulari,anche se il loro

comportamento assomiglia a quello di un organismo pluricellulare.In una comunità di batteri ogni uno si

specializza a seguire un lavoro per esempio ci sono alcuni batteri che producono biofilm,una sostanzagelatinosa che permette alla comunità di essere più resistente agli antibiotici,per esempio la placca dentale

è un biofilm batterico.I batteri possono scambiarsi informazioni genetiche attraverso alcuni ponti detti pili(il

fenomeno è detto coniugazione).Il dna batterico passato non deriva dal nucleotide ma dal plasmide piccolo

filamento circolare di DNA presente nel citoplasma.Se un batterio è resistente a un certo antibiotico,può

dare la sua resistenza a un altro batterio vicino e passargli una copia del plasmide grazie alla quale è

resistente.Questo fenomeno fa si che in poco tempo una comunità di batteri diventano tutti resistenti allo

specifico antibiotico.I batteri si dividono in patogeni e non.I batteri patogeni sono gli organismi che

possono danneggiarne altri,mentre quelli non patogeni on provocano alcun danno,anzi avvolte possono

essere molto utili (es flora batterica,batteri compositiri del terreno,batteri azotofissatori,cianobatteri che

producono ossigeno).Un batterio può essere patogeno per diverse cause.Può direttamente attaccare la

cellula,oppure danneggiarla a causa delle sue sostanze di scarto cioè le tossine (es tetano) o ancora le loro

pareti possono essere antigeniche e provocare una reazione di infiammazione(L'infiammazione è un

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meccanismo di difesa non specifico innato attraverso la quale avviene vasodilatazione e aumento dipermeabilità,che portano al passaggio di liquidi al tessuto leso ed infiltrazione di globuli bianchi nell'area dilesione).

Parete cellulare batterica

Con il termine di parete batterica si indica una struttura di rivestimento cellulare posta all'esterno rispetto

 

alla membrana e più internamente rispetto alla capsula, con funzione essenzialmente di supporto strutturale

 

dovuta alla sua rigidità (la presenza della parete protegge la cellula da eventuali lisi osmotiche). In base altipo di parete che un batterio presenta, si identificano due classi di batteri:

Gram-positivi

Gram-negativi

Questi batteri differiscono molto dal punto di vista della struttura parietale e, anzi, la differente risposta

 

alla colorazione di Gram è proprio conseguenza diretta delle differenze dal punto di vista della parete.All'interno di queste due classi le differenze sono minime e funzionalmente poco significative.

Nei batteri Gram-positivi quasi la totalità della parete (circa il 90-95%) è costituita da mureina(o peptidoglicano). La mureina, nei gram-positivi, è responsabile della rigidità della parete, ed essendo una

 

struttura pluristratificata e molto voluminosa, è la responsabile del trattenimento del colorante durante la

 

colorazioe di Gram. Componenti quantitativamente minori della parete nei gram + sono:

  acidi teicoici

  acidi teicuronici

proteine (molto rare)

Esaminiamo dunque la componente principale, la mureina.

A livello della mureina riconosciamo due tipi di catene che si intrecciano fra loro a formare un sistema"trama/ordito", che determina una notevole rigidità parietale. Le catene in questione sono:

Le catene glicaniche: sono costituite da monomeri di N-acetilglucosamina (NAG) e acido N-acetilmuramico (NAM), uniti fra loro da legami glicosidici β(1-4). Questi monomeri sono sempre alternati (nonsi trovano mai due NAM o due NAG consecutivi) a formare dei dimeri che sono la costituente base dellecatene glicaniche. NAM e NAG differiscono solo per la presenza, nell'acido muramico, di un residuo lattilico

 

a livello del C3; questo residuo è molto importante in quanto fornisce un sito di aggancio per le catene

 

peptidiche. catene peptidiche: alle catene glicaniche, tramite il residuo lattilico dell'acido muramico, è legatoquello che viene definito tetrapeptide , in quanto catene costituite da 4 aminoacidi, che si legano al gruppoCOOH del'acido muramico tramite legame peptidico. Queste catene sono fondamentali per la formazione

 

deilegami crociati: ogni catena glicanica è legata ad altre catene glicaniche parallele, tramite legami che siinstaurano fra i tetrapeptidi delle due catene. Nel caso dei batteri Gram 

+ le catene peptidiche non formano

legami diretti fra loro, ma sono unite tramite un ponte di pentaglicina, legato al terzo aminoacido di una e al

 

quarto dell'altra. Da notare che, malgrado possano esserci delle variazioni a livello della composizione dellacatena tetrapeptidica, il terzo aminoacido, solitamente una L-Lys, deve essere un aminoacido bibasico,

 

ovvero avere due gruppi aminici, uno per il legame con l'aminoacido precedente e uno per il legame con ilponte di pentaglicina. Da notare che solitamente il tetrapeptide è composto da L e D aminoacidi che si

 

alternano. La mureina, come detto, conferisce alla parete cellulare una notevole rigidità; quali sono i fattori

 

che influiscono su questa caratteristica?I legami β(1-4), che rendono molto compatte le cateneglicaniche.L'alternanza L D-aminoacidi, dà origine ad una struttura più compatta di quella che originerebbe

 

da un omotetrapeptide.I legami idrogeno che si stabiliscono fra catene glicaniche parallele.Il numero di ponti

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crociati che si formano.Da notare che, nei gram-positivi, ogni acido muramico porta legato un tetrapeptide,

 

ed ogni tetrapeptide forma un legame crociato; inoltre, anche grazie alla presenza del ponte di pentaglicina,

 

che rende la struttura più "rilassata", il peptidoglicano risulta pluristratificato, fino ad arrivare ad un numero dianche 40 strati.La mureina nei gram-negativi è strutturalmente abbastanza simile alla mureina descritta daigram-positivi e presenta, quindi, catene glicaniche e tetrapeptidi come costituenti di base; esistono tuttavia

delle notevoli differenze dal punto di vista di alcuni particolari: anzitutto la mureina nei gram-negativi

 

è monostratificata; non tutti gli acidi muramici portano legato un tetrapeptide, e di conseguenza la quantitàdei legami crociati è molto minore rispetto a quella dei gram-positivi. Inoltre, i legami crociati sono legamidiretti fra i tetrapeptidi, senza l'intermedio della pentaglicina, e risultano quindi più corti, producono una

 

mureina più compatta, rendendo difficoltasa la multistratificazione (che infatti non si ha).

Coltivazione dei batteri

Il modo nel quale i batteri sono coltivati e lo scopo per i quali vengono usati i mezzi di coltura variano ampiamente. I

mezzi liquidi sono usati per la crescita di gruppi di colture mentre quelli solidi sono usati ampiamente per l’isolazione di

colture, per stimare popolazioni batteriche vitali. I mezzi di coltura possono essere preparati per essere usati anche inuno stato semisolido.Un mezzo di coltura liquido è convertito allo stato semisolido per aggiunta di un agente

gelificante. L'agar è l'agente gelificante più usato, è ricavato dalle alghe marine e non è un nutriente per la maggior parte

 

dei microrganismi. L’agar viene usato anche grazie alle sue uniche proprietà fisiche (si scioglie a circa 100°C e rimane

liquido fino a che non viene raffreddato a circa 40°C, quindi diventa gel). I mezzi di coltura contenenti agar sono

 

distribuiti in recipienti piatti coperti, chiamati piastre o scatole Petri, dove le cellule microbiche possono crescere e

formare masse visibili chiamate colonie.

Camera di Burker

È costituita da una lastra di vetro su cui è inciso un reticolo composto da quadrati e rettangoli di dimensioni note.Fissando sulla lastra un apposito vetrino, si crea, tra questo e il reticolo, un’intercapedine di 0,1 mm in cui viene postauna goccia di sangue prelevato dal paziente e opportunamente diluito. Gli elementi da contare si distribuiscono sulreticolo per cui, conoscendone le misure, lo spessore dell’intercapedine e la diluizione del liquido, si può risalire al

numero di cellule presenti in 1 mm3.

Antibiotici

Tecnicamente si definisce antibiotico una sostanza di origine naturale prodotta da un microrganismo, 

 

capace di ucciderne un altroIl termine nell'uso comune attuale indica un farmaco, di origine naturale

 

(antibiotico in senso stretto ) o di sintesi (chemioterapico ), in grado di rallentare o fermare la proliferazionedei batteri. Gli antibiotici si distinguono pertanto inbatteriostatici (cioè bloccano la riproduzione del batterio, 

 

impedendone la scissione) e battericidi (cioè uccidono direttamente il microrganismo).Non hanno effetto

contro i virus (a parte una possibile attività antivirale della rifampicina nei Poxvirus), i funghi e i parassiti, sui

 

quali agiscono altri generi di chemioterapici.Tutti gli antibatterici agiscono inibendo una determinata via

 

metabolica.Tutti gli antibatterici agiscono inibendo una determinata via metabolica.Un farmaco

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batteriostatico ferma la moltiplicazione dei microrganismi,mentre un farmaco battericida uccide tutti i batteri.I

 

principi basilari del farmaco sono selettività e efficacia.Il farmaco selettivamente riconosce le strutture dei

 

batteri patogeni. L’efficacia dipende dalla concentrazione che deve essere adeguata nella sede

dell’infezione.L’antibiotico se abusato può provocare gravi danni affaticando reni e fegato e distruggendo la

 

preziosa flora intestinale.Gli antibiotici attivi sulla sintesi della parete cellulare “Battericidi”,bloccano la

sintesi della parete portando alla lisi del batterio.I batteri possono avere una resistenza acquisita grazie al

 

risultato di selezione dovuta all’utilizzazione scorretta dell’antibiotico.Il batterio può avere resistenza

acquisita cromosomiale,cioè mutazioni del sito bersaglio o del sito di ingresso dell’antibiotico;oppureresistenza acquisita extracromosomiale cioè acquisizione di enzimi che inattivano l’antibiotico da ceppi

 

resistenti.L'antibiogramma (vengono presi i batteri responsabili alla malattia e si scopre quale antibiotico èpiù efficace) è consigliato ogni volta che ci si deve sottoporre ad una terapia antibiotica. Permette l'uso di

 

farmaci mirati in grado di promuovere l'eradicazione completa del ceppo batterico.l'ABG è poco utilizzato

 

nelle infezioni comuni (faringite, tosse, congiuntivite...)dato il costo e i tempi dell'esame, ma è una proceduracomune nelle infezioni nosocomiali e nella terapia di uretriti, cistiti, gastroenteriti, meningiti, polmoniti e in

 

tutte le malattie ricorrenti (eradicazione incompleta del batterio).Quando viene effettuato un antibiogramma i

batteri vengono allevati sull’agar in una capsula di Petri,poi viene messo sulla capsula dischetti di carta checontengono antibiotico,intorno ai dischetti i batteri muoiono e si formano piccoli cerchi,i cerchi più grandiindicano che l’antibiotico è efficace,quelli più piccoli o assenti indicano che c’è una resistenza oppure nessun

effetto.

Un altro metodo viene detto diluizioni progressive,i batteri vengono fatti crescere in un terreno liquido

 

contente diluizioni progressive di antibiotico .

In quanto alla quantità di antibiotico si predilige usarne il minimo indispensabile (MIC).

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Infezione

Con il termine infezione si intende una reazione patologica dell'organismo alla penetrazione e alla

 

moltiplicazione di microrganismi (virus, batteri, miceti, protozoi, metazoi). L'infezione è correlata auna malattia infettiva.L’infezione può essere epidemica con incidenze superiori alla norma nella

popolazione,pandemica cioè diffusa in ambito mondiale,endemica se presente in particolari aree geografiche(es una malattia endemica a Napoli è l’epatite alimentare A dovuto ai frutti di mare non cotti),sporadiche

sono infezioni a sviluppo casuale e non prevedibili.I serbatoi infettivi sono l’uomo,gli animali e

lambiente(acqua,piante,terreno….).I serbatoi umani si dividono in carriers che ospitano l’agente infettivo ma

non presentano sintomi e i carriers cronici che sono serbatoi di infezioni per un tempo prolungato e ignorano

 

di avere l’infezione.Molti batteri patogeni possono infettare sia l’uomo che gli animali.La zoonosi sono

malattie trasmesse in condizioni naturali dai vertebrati all’uomo.Le vie attraverso il quale penetrano gli agenti

patogeni sono:cutanea,oro-fecale,ematogena,respiratoria,sessuale e placentare.Le vie di trasmissioni dei

 

batteri sono numerose,possono avvenire attraverso l’acqua,il cibo o l’aria (uno starnuto libera un aerosol di

piccole goccioline di acqua in cui ci sono i batteri o virus).Altri mezzi di trasmissione può essere un morso di

 

un animale,una ferita dovuto a un chiodo o il contatto con superfici infette.Gli insetti possono essere vettori di

microbi.Pensiamo a una mosca che dalla spazzatura si posa su un nostro panino depositerà molti batteri.Ma

 

ricordiamo che non tutti i batteri sono altamente patogeni,per un infezione potrebbero servire 100 batteri o

 

addirittura 1000,tutto dipende da quanto sono patogeni.Un altro insetto veicolo di malattie è la pulce che inetà medievale trasmise la peste bubbonica mietendo moltissime vittime.Le infezioni ospedaliere sono quelle

 

contratte in ospedale o in strutture sanitarie.I batteri in un ospedale possono arrivare da ovunque daivisitatori,dagli stessi medici e infermieri,dall’esterno,dagli insetti ect….Le infezioni più diffuse sono quelle del

tratto urinario,respiratorio e delle ferite chirurgiche.Per far in modo di impedire al massimo la trasmissione

 

dei batteri i medici usano mascherine,occhiali,attrezzi sterili,guanti ect… 

I microrganismi patogeni sono capaci di causare malattie,essi sono extracellulari(non entrano nellacellula),endocellulari facoltativi (possono entrare o non nella cellula) o obbligatori (devono entrare nella

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cellula es virus).I microrganismi commensali non sono patogeni e vivono nell’ospite es flora intestinale.I

microrganismi opportunisti diventano patogeni quando la risposta immunitaria si abbassa.Secondo ipostulati di KOCH il patogeno deve essere:presente in tutti i casi di malattia,isolato dal paziente e cresciutoin coltura pura,in grado di riprodurre la malattia se inoculato in un ospite sano,riisolabile dall’ospite infetto.Ibatteri altamente patogeni sono rari,molti microbi sono potenzialmente patogeni,mentre la maggioranza dei

batteri è innoqua.I batteri altamente virulenti anche in poche unità possono creare molti problemi eaddirittura la morte,mentre i batteri scarsamente virulenti per provocare danni all’organismo devono essere

molti.L’organismo umano ha molte difese contro i batteri si pensi alle lacrime che contengono il lisozima chedissolve la parete cellulare dei batteri,Oppure pensiamo alla saliva che ha un certo potere antibatterico.Nelnaso i batteri vengono filtrati grazie al muco e ai peli.Nello stomaco l’alta acidità distrugge molti batteri.Laflora batterica intestinale ma anche le colonie presenti nelle mucose e sulla pelle competono con i batteripatogeni.Il batterio può dare inizio all’infezione aderendo a una cellula attraverso i pili.Alcuni batteri per 

eludere la sorveglianza dell’organismo si lega e inattiva gli anticorpi,oppure attua un mimetismo antigenico

grazie alle sue molecole di superficie simili a quelle dell’ospite.