Corso di Microbiologia
integrato con Igiene
Prof.ssa Stefania Conti
Dipartimento di Patologia e Medicina di
Laboratorio, Sezione di Microbiologia
Viale Gramsci, 14 - 43100 Parma
tel.: 0521-988877 o 988885
Fax: 0521-993620
e-mail: [email protected]
Ricevimento studenti
presso Sezione di Microbiologia
previo appuntamento telefonico
Obiettivi del corso
fornire le conoscenze fondamentali su:
batteri, miceti, protozoi e virus; interazioni ospiteparassita e meccanismi di induzione delle malattie da
infezione; modalità d’azione ed utilizzazione dei principali
farmaci antimicrobici ed antivirali; risposta dell’ospite alle
infezioni e modalità di prevenzione delle malattie da
infezione
Testo consigliato
• P. Mazza, C. Dacarro. Microbiologia Farmaceutica.
Società Editrice Farmaceutica, Milano.
Testi da consultare
• Hugo-Russell. Microbiologia Farmaceutica.
Editrice EMSI, Roma
• M. La Placa. Principi di Microbiologia Medica.
Società Editrice Esculapio, Bologna.
Origine ed evoluzione della Microbiologia
Branca della Biologia che studia i
microrganismi
micros (piccolo), bios (vita) e logos (parola)
Microrganismi
organismi unicellulari invisibili ad occhio nudo, a
volte organizzati in aggregati pluricellulari senza
differenziazione in tessuti od organi
I microrganismi sono coinvolti in importanti cicli
della materia, trasformazioni geochimiche e processi
biologici
Classificazione in Regni degli organismi viventi
Regno dei PROTISTI (Ernst Haeckel, 1866)
Protisti inferiori (procarioti)
Batteri e Cianobatteri (alghe blu-verdi)
Protisti superiori (eucarioti)
Miceti (Funghi) e Protozoi
•
•
•
•
•
Monera
Funghi
Protisti
Piante
Animali
Ernst H. Haeckel
(1834-1919)
Caratteristiche dei microrganismi
Monera
Organismi unicellulari procarioti (nucleo primitivo) a
riproduzione asessuata, chemiosintetici, autotrofi od
eterotrofi (Batteri)
Protisti
Organismi unicellulari eucarioti (nucleo organizzato) a
riproduzione sessuata e/o asessuata, eterotrofi o
fototrofi (Protozoi ed alghe)
Funghi
Organismi unicellulari o pluricellulari, senza
differenziazione tessutale, a riproduzione sessuata e/o
asessuata, eterotrofi
(Funghi macroscopici e
microscopici)
I virus
• Entità biologiche subcellulari
• Parassiti endocellulari obbligati
• Possiedono un solo tipo di acido nucleico (DNA o
RNA)
• Hanno dimensioni piccolissime (sono filtrabili)
• Possiedono un involucro proteico (capside) e, a
volte, un involucro lipoproteico (pericapside o
peplos)
• Presentano in superficie strutture proteiche
(antirecettori) che si attaccano a specifici recettori
della cellula bersaglio
Storia della Terra ed età dei microrganismi
Origine della vita
Aerobi
Eucarioti
⇓
⇓
⇓
Formazione
Comparsa dell’ossigeno
Mammiferi
della Terra
nell’atmosfera
Dinosauri
⇓
⇓ ⇓
EVOLUZIONE
CHIMICA
DELLA TERRA E
DELLE FORME
PREPROCARIOTE
4,5
4
ETA’ DEI MICRORGANISMI
3,5
3
2,5
2
1,5
1
ETA’ DEI
METAZOI
0,5
0
L’età dei microrganismi si estese per circa 3 miliardi di anni (microfossili
di cellule procariotiche sono stati ritrovati in depositi risalenti a quel
periodo); cellule più semplici devono averli preceduti (4,5 miliardi di
anni). Per circa 2 miliardi di anni i microrganismi procarioti hanno
rappresentato l’unica forma di vita sulla Terra. I primissimi fossili di
eucarioti risalgono a solo un miliardo e 300 milioni di anni fa.
Principali caratteristiche di eucarioti e procarioti
Probabile origine degli
organismi eucarioti e
procarioti da un progenota
comune
Teoria endosimbiontica
Cloroplasto
batterio endosimbionte fotosintetico
Mitocondrio
batterio endosimbionte aerobio
Flagello
spirocheta endosimbionte
Evoluzione della Microbiologia
• Lucrezio (96?-55 a.C.): “De Rerum natura”
- trasmissione delle malattie attraverso "semi"
• Fracastoro (1478-1553): “De contagione”
- contagio attraverso “seminaria": nascita dell'Epidemiologia
• Antonie
van
Leeuwenhoek
(1632-1723)
- 1677: osservazione
diretta di “animalcules”
mediante un microscopio
considerato lo scopritore
dei batteri
Evoluzione della Microbiologia
• Spallanzani (1729-1799) introduce l’uso dei terreni di
coltura sterili confutando la teoria della generazione spontanea
• Hunter dimostra la trasmissibilità di malattie da infezione
(1750)
• Jenner introduce la vaccinazione antivaiolosa (1798)
•
Appert
dimostra che è possibile conservare i cibi in
contenitori a chiusura ermetica sottoponendoli a trattamenti
termici
• Bassi dimostra sperimentalmente l’eziologia fungina di una
malattia (del baco da seta) (1836)
• Lister applica la pratica dell’asepsi in chirurgia, introduce la
sterilizzazione degli strumenti chirurgici, la disinfezione degli
ambienti e l’uso di materiale da medicazione sterile (1867)
Evoluzione della Microbiologia
Louis Pasteur (1822-1895)
Robert Koch (1843-1910)
• Pasteur dimostra che la fermentazione dell'acido lattico è dovuta a
un microrganismo (1857) e confuta definitivamente la teoria della
generazione spontanea (con l’ulteriore conferma da parte di Tyndall
nel 1877), inoltre sviluppa la pratica della vaccinazione nei confronti
di diverse malattie da infezione (1875, vaccinazione antirabbica)
• Koch studia il ruolo eziologico dei batteri nelle malattie
- 1876: Bacillus anthracis agente del carbonchio
- 1882: scoperta del bacillo della tubercolosi
- 1884: postulati di Koch
- terreni di coltura agarizzati
Evoluzione della Microbiologia
• Petri (1877) propone l'utilizzazione di terreni in piastre
• Gram (1884) sviluppa il suo metodo di colorazione dei batteri
• Chamberland (1884) inventore dell'autoclave
- allestisce un filtro per batteri Æ scoperta dei virus
• Ivanowsky (1892) dimostra l'eziologia virale del mosaico del tabacco
Fine '800 - primi '900:
identificazione di molti batteri e virus patogeni
• Alexander Fleming scopre la penicillina (1929)
1929
• scoperta dei sulfamidici (1935)
• Beadle e Tatum (1941): formulano l’ipotesi un gene-un enzima
• Avery (1944) riconosce il DNA depositario dell'informazione genetica
• Watson e Crick (1953) propongono la struttura a doppia elica del DNA
• Jacob e Monod (1961) propongono l'operone nella regolazione genica
Principali agenti eziologici di malattie umane scoperti durante
l’ “Età d’oro” della Microbiologia (1879-1900)
MALATTIA
AGENTE EZIOLOGICO
SCOPRITORE
DATA
Gonorrea
Neisseria gonorrhoeae
A. Neisser
1879
Malaria
Plasmodium
C. Liveran; R. Ross
1880
Febbre tifoide
Salmonella typhi
K. Eberth
1880
Polmonite
Streptococcus pneumoniae
L. Pasteur, G. Sternberg
1881
Tubercolosi
Mycobacterium tuberculosis
R. Koch
1882
Colera
Vibrio cholerae
R. Koch
1883
Difterite
Corynebacterium diphteriae
E. Klebs, F. Loeffler
1883
Tetano
Clostridium tetani
A. Nicolaier
1884
Diarrea
Escherichia coli
T. Escherich
1885
Febbre ondulante
Brucella
D. Bruce
1887
Gangrena gassosa
Clostridium perfringens
W. Welch, G.H. Nuttal
1892
Peste
Yersinia pestis
S. Kitasato, A. Yersin
1894
Botulismo
Clostridium botulinum
E. Ermengem
1896
Dissenteria
Shigella dysenteriae
K. Shiga
1898
Campi di interesse e settori
della Microbiologia
Microbiologia
medica
Microbiologia
agraria
Microbiologia
farmaceutica
ed industriale
Microbiologia
ambientale
Genetica dei
microrganismi
Biologia molecolare
(DNA ricombinante)
Microbiologia Medica
•
•
•
•
Batteriologia
Micologia
Parassitologia
Virologia
•
•
•
•
•
•
Immunologia
Igiene
Patologia Generale
Infettivologia
Farmacologia
Qualsiasi
disciplina
medica o chirurgica
che presenti problemi
correlati alle infezioni
Saprosphira
lunghezza
500 µm
Batterio
Ameba gigante
1 mm
Protozoo
Paramecium
300 µm
Protozoo
Chlamydomonas
25 µm
Dimensioni
relative di
microrganismi e
virus
Alga
nanometri
Plasmodio malaria
15 µm
Protozoo
Lievito (S.cerevisiae) 10 µm
Fungo
Treponema pallidum 10 µm
Batterio
Escherichia coli
Mycoplasma
3 µm
Batterio
0,2 µm
Batterio
Limiti di risoluzione dei microscopi
Le dimensioni sono indicate su una
scala
logaritmica
(ciascuna
divisione maggiore equivale a un
cambiamento di dimensioni pari a
dieci volte).
A destra della scala sono riportate
le dimensioni approssimative delle
cellule, dei batteri, dei virus, delle
molecole e degli atomi.
Principali caratteristiche dei vari tipi di microscopi
Microscopio ottico in campo chiaro (binoculare)
Microscopio a fluorescenza
Microscopio elettronico a trasmissione
Il generatore del fascio di elettroni è situato all’estremità superiore della colonna centrale,
mentre le lenti elettomagnetriche sono all’interno della colonna. L’immagine proiettata sullo
schermo fluorescente può essere osservata attraverso un amplificatore di immagine posizionato
sopra l’apertura per l’osservazione. La fotocamera è collocata in un compartimento al di sotto
dello schermo.
Aspetti morfologici dei procarioti
forma e disposizione delle cellule
dimensioni: da 0,1-0,2 a diversi micron
Batteri osservati
al microscopio elettronico a scansione
Osservazione microscopica
Osservazione "a fresco":
possibile con ingrandimenti non superiori a 400×
Coloranti
sostanze organiche con un gruppo cromoforo
le cellule batteriche devono essere uccise ("fissate")
- Coloranti acidi o anionici (es. eosina, fucsina acida)
Affinità per strutture cellulari cariche positivamente
- Coloranti basici o cationici (es. blu di metilene, cristalvioletto)
Affinità per strutture cellulari cariche negativamente
- Coloranti fluorescenti (es. arancio di acridina, fluoresceina)
Si intercalano al DNA (osservazione con raggi UV)
Mordenzanti
(es. acido fenico, soluzione iodio-iodurata di Lugol)
facilitano la fissazione del colorante
Colorazioni
Colorazioni semplici
un solo colorante (es. blu di metilene)
Colorazioni complesse differenziali
diversi coloranti
differenziano batteri diversi o strutture batteriche
Gram
Ziehl-Neelsen
Colorazioni negative
cellule vive, colorante di fondo (es. inchiostro di china)
Colorazioni con metalli pesanti (es. sali di Osmio, M.E.)
Colorazioni semplici
Batteri: aspetti microscopici
Blu di metilene
Stafilococchi
arancio di acridina
(bastoncino)
Blu di metilene
Blu di metilene
striscio di feci con granulociti Corynebacterium xerosis
e Campylobacter
fluorescenza diretta
(fluoresceina, rodamina,
auramina) M. tuberculosis
immunofluorescenza indiretta
- Ab marcato con fluoresceina
(Clostridium septicum)
- Ab marcato con rodamina
(C. chauvoei)
Colorazioni negative
Batteri: aspetti microscopici
nigrosina
E. coli
nigrosina
C. tetani
inchiostro di china
batterio capsulato
La colorazione di Gram
Colorazioni complesse
Batteri: aspetti microscopici
↓
Ziehl-Neelsen
Mycobacterium
tuberculosis
(escreato)
colorazione
metacromatica
Corinebatteri
impregnazione
argentica
Spirochete
(granuli volutina)
(spire e uncini
terminali)
