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Nella sezione 1.1 gli studenti vengono introdotti al mondo dei microbi, prima esplorando la diversità di tipi e forme, poi mediante l’analisi di microbi buoni e cattivi. Nell’attività introduttiva, gli studenti conosceranno le differenti forme e tipi di microbi attraverso un didattico ed interattivo gioco a carte. Le ulteriori attività proposte arricchiscono le conoscenze degli studenti sulla struttura microbica, attraverso la preparazione di posters. Alternativamente, gli studenti possono scegliere di approfondire l’argomento della storia della microbiologia sviluppando un poster con le tappe fondamentali dello sviluppo di questa scienza. OBIETTIVI DIDATTICI Tutti gli studenti: Capiranno che esistono tre diversi tipi di microbi. Impareranno che essi si trovano ovunque. Gli studenti più abili Impareranno che esistono batteri utili nel nostro corpo. Capiranno che tutti i microbi hanno dimensioni differenti. Campylobacter RIFERIMENTI AL PROGRAMMA MINISTERIALE Programma di scienze Organismi unicellulari Microbi: batteri e virus Microbi utili Germi patogeni Anno scolastico Scuola primaria di secondo grado: primo anno Tempo di lezione stimato 50 minuti 1.1 Microrganismi Introduzione Nozioni di base Parole chiave Batteri Bacilli Cellula Ciglia Citoplasma DNA Flagelli Funghi Germi Malattia Microbo Micro-organismo Microscopio Patogeno RNA Virus Materiale necessario Per studente Una copia di SH 1 Una copia di SH 2 Una copia di SH 3 Una copia di SH 4 Preparazione Ritagliate un mazzo di carte da gioco (SH 2 – SH 4) per ogni gruppo. Risorse disponibili sul Sito Web Un film sull’attività Svariate fotografie di microbi SH 1 in formato MS PowerPoint Un’animazione che illustra le diverse dimensioni dei microbi I micro-organismi, noti anche come germi, bacilli o microbi, sono minuscoli organismi viventi troppi piccoli per poter essere visti ad occhio nudo. Si trovano quasi ovunque sulla terra. Alcuni microbi sono benefici e altri dannosi per l’uomo (ciò verrà trattato nelle prossime sezioni). Nonostante siano piccolissimi, si riconoscono microbi di diverse forme e dimensioni. Esistono tre principali gruppi di microbi: I virus sono i più piccoli tra i microbi e sono generalmente dannosi per l’uomo. I virus sono organismi unicellulari ma non vivono in maniera indipendente. Abbisognano di una cellula “ospite” per sopravvivere e riprodursi. Una volta insediati nella cellula ospite, si moltiplicano rapidamente e la distruggono fuoriuscendo! I funghi sono organismi multi-cellulari che possono essere sia utili che dannosi per l’uomo. I funghi si nutrono sia decomponendo la materia organica di organismi morti, sia vivendo come parassiti in un ospite. I funghi possono essere dannosi quando causano infezioni o quando risultano velenosi da mangiare; altri possono essere benefici, ad esempio, il Penicillium produce l’antibiotico penicillina, e l’Agaricus può essere mangiato (Prataiolo). Si diffondono nell’aria mediante minuscole spore rigide simili a semi. Quando le spore si appoggiano sul pane o la frutta e trovano le giuste condizioni (soprattutto d’umidità), germinano. I batteri sono organismi unicellulari che possono moltiplicarsi esponenzialmente una volta ogni 20 minuti. Durante la loro crescita normale, alcuni producono sostanze (tossine) che sono estremamente dannose per l’uomo e ci causano malattie (Staffilococco); altri batteri sono innocui ed altri ancora ci sono utili (Lactobacillo nell’industria alimentare) o addirittura necessari per la nostra vita poiché coinvolti nella crescita di alcune piante (Rhizobacterium). I batteri innocui sono detti non-patogeni, mentre quelli dannosi sono noti come patogeni. Più del 70% dei batteri sono microrganismi innocui, non-patogeni. I batteri possono essere facilmente divisi in tre gruppi in base alla loro forma – cocchi (sfere), bacilli (bastoncini) e spirali. I cocchi possono suddividersi ancora in tre gruppi a seconda di come sono aggregati: staffilococchi (gruppi), streptococchi (catene) e diplococchi (coppie). Gli scienziati usano queste forme per riconoscerli e capire quale infezione ha colpito un paziente. Quali creature viventi, i microbi abbisognano di alcune condizioni per crescere ma queste variano a seconda dell’ambiente in cui si trovano. Ad esempio, i microbi che colonizzano l’uomo prediligono la temperatura di 37oC, mentre i microbi delle profondità marine o delle regioni artiche preferiscono temperature molto fredde. I microbi variano anche esigenze nutrizionali. Un cambiamento dell’ambiente può ucciderli, per quanto vada ricordato che essi sono estremamente adattabili e i cambiamenti graduali possono creare nuovi batteri adeguati al nuovo ambiente, come ad esempio, quelli resistenti agli antibiotici. 1.1 Microrganismi Introduzione Introduzione 1. Iniziate la lezione chiedendo agli alunni che cosa già sanno riguardo ai microbi. La maggior parte di loro saprà già che i microbi possono causare malattie ma non che possono anche esserci utili. Chiedete dove guarderebbero se volessero vedere dei microbi. Pensano che i microbi siano importanti per noi? 2. Spiegate loro che i microbi sono le creature più piccole viventi sulla terra e che la parola: microrganismo letteralmente significa micro: piccolo e organismo: vita. I microbi sono così piccoli che non si possono vedere senza l’uso di un microscopio. Anthony van Leewenhoek creò il primo microscopio nel 1676. Lo usò per esaminare vari oggetti e chiamò ‘animalcules’ le creature viventi (batteri) che trovò nella materia grattata dai suoi denti. 3. Illustrate alla classe i tre differenti tipi di microbi: batteri, virus e funghi. Utilizzate il foglio SH 1 per facilitare la visualizzazione delle loro diverse strutture e forme oppure l’attività sul sito www.e-bug.eu per enfatizzare le differenze tra batteri, virus e funghi. 4. Spiegate che nonostante i microbi possano causare malattia, ci sono anche quelli utili. Chiedete agli studenti di identificare alcuni microbi utili. Se non ci riescono, portate alcuni esempi come il Lactobacillus nello yogurt, i batteri probiotici che ci aiutano nella digestione e il fungo Penicillium che produce l’antibiotico penicillina, ecc. 5. Sottolineate che i microbi possono trovarsi OVUNQUE – fluttuanti nell’aria che respiriamo, sul cibo che mangiamo, nell’acqua che beviamo e sulla superficie o dentro il nostro corpo. Enfatizzate il fatto che i microbi utili od innocui sono molto più numerosi dei microbi dannosi. Attività In questa attività, gruppi di 3 – 4 studenti giocano alle carte. Il gioco serve a fissare nella memoria parole tecniche riguardanti i microbi e nomi propri di una varietà di generi e specie, la diversità delle dimensioni, la capacità di nuocerci e la resistenza agli antibiotici (I valori numerici sulle carte sono stati assegnati arbitrariamente e non vanno considerati scientificamente corretti; anche i dati riguardo il numero di specie e la resistenza agli antibiotici sono da considerarsi indicativi, quanto non è stato sempre possibile attualizzarli in tempo reale nel corso dello sviluppo del volume). Regole del gioco 1. Uno studente mescola le carte e le distribuisce, coperte, agli altri giocatori. 2. Il primo giocatore alla sinistra di chi le ha distribuite, guarda la prima carta e sceglie una delle categorie descritte (ed esempio: Dimensioni-50). Gli altri giocatori devono dichiarare il punteggio della loro prima carta per quella categoria Il giocatore con il punteggio più alto, vince e prende le carte degli altri mettendole sotto la propria pila. Il vincitore quindi sceglie un’altra categoria dalla prossima carta. 3. Se 2 o più giocatori hanno lo stesso punteggio, le carte di tutti vengono lasciate in mezzo al tavolo per essere prese dal vincitore della mano successiva. La mano successiva inizia dallo stesso giocatore. Vince chi si aggiudica tutte le carte. 1.0 Introduction to Microbes 1.1 Microrganismi Introduzione Discussione 1. Valutate l’apprendimento ponendo agli studenti le seguenti domande a. Che cosa sono i microbi? I microbi sono organismi viventi troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo. b. Dove si trovano i microbi? I microbi si trovano ovunque c. Quali sono le tre differenti forme di batteri? Bacilli (bastoncini), cocchi (sfere) and spirali d. Qual è la maggiore differenza tra batteri e virus? I batteri sono molto più complessi dei virus e possono vivere teoricamente OVUNQUE mentre i virus abbisognano di una cellula ospite in cui penetrare per sopravvivere. e. Discutete riguardo i microbi usati nel gioco con le carte soffermandovi in particolare sulla utilità o danno che portano all’uomo. Insistete chiedendo perché i microbi possono essere utili, dannosi o alcune volte entrambe le cose. I microbi pericolosi per l’uomo sono generalmente quelli che ci fanno ammalare d’infezione. Alcune volte però, questi microbi possono rivelarsi utili, ad esempio alcuni ceppi di E. coli e Salmonella ci causano una grave diarrea per intossicazione alimentare, ma sono estremamente utili nella ricerca. Tali ricerche ci hanno insegnato molto riguardo i microbi in generale e come possiamo utilizzarli a nostro beneficio, ad esempio per l’ingegneria genetica, lo sviluppo dei vaccini, ecc. Attività supplementare Dividete la classe in gruppi di 3-4 studenti. Ogni gruppo dovrebbe creare un poster sui seguenti argomenti 1. Scegli uno specifico batterio, virus o fungo, ad esempio Salmonella, Penicillium ed Influenza. Il poster dovrebbe includere a. la struttura di quel microbo b. i diversi differenti posti dove si può trovare c. come interagisce con l’uomo sia in modo negativo che positivo d. le necessità per la crescita di quel gruppo di microbi O 2. Un poster con le tappe temporali della storia dei microbi. Il poster può includere a. 1676: van Leewenhoek scopre gli ‘animalcules’ usando un microscopio fatto in casa b. 1796: Jenner scopre la vaccinazione contro il vaiolo c. 1850: Semmelweis propugna il lavaggio delle mani per bloccare la diffusione delle infezioni d. 1861: Pasteur scopre che i batteri non derivano da una rigenerazione spontanea e. 1884: Koch pubblica I suoi postulati, i criteri the criteri atti a stabilire una relazione di causa-effetto tra microbi e malattia infettiva f. 1892: Ivanovski scopre i virus g. 1929: Fleming scopre gli antibiotici Funghi Batteri Membrana cellulare Cromosoma Virus Capside Complex (Bacteriophage – a virus which infects bacteria) Sporangio Acido nucleico Sporangioforo Glicoproteine Rizoidi Sporangio: Struttura che produce spore. Parete Citoplasma cellulare I batteri si trovano ovunque e vivono senza bisogno di altre cellule I virus NON possono vivere da soli– essi DEVONO vivere all’interno di un'altra cellula/organismo vivente Sporangioforo: Stelo filamentoso che porta lo sporangio. Cromosoma: Materiale genetico (DNA) della cellula. Rizoide: Parte sotterranea composta da ife, filamenti specializzati nell’assorbimento dei nutrienti. Parete cellulare: La parete è composta da peptidoglicano e conserva la forma della cellula batterica. Capside Doppio strato lipidico che racchiude il materiale genetico della cellula. Membrana cellulare: Adiacente al lato interno della parete, fornisce una barriera per il contenuto della cellula ed una barriera selettiva per le sostanze che entrano ed escono. Glicoproteine Esse hanno 2 funzioni Citoplasma: Mezzo gelatinoso all’interno della cellula, nel quale si trovano immersi gli altri componenti. Ancorare il virus alla cellula ospite. Trasportare il materiale genetico dal virus alla cellula. Acido nucleico É costituito da DNA o RNA, ma raramente una virus li contiene entrambi. La maggior parte dei virus contengono RNA. Tobamovirus 18 Lungh max (nm) ................................... Numero di specie ........................... 125 Pericolosità per l’uomo 12 .............................. 34 Utilità per l’uomo ...................... humans agli antbiotici N/A Resistenza ....................... I Tobamovirus sono un gruppo di virus che infettano le piante. Il più noto di essi è il virus del mosaico del tabacco, che, in questa ed alter piante, causa un’alterazione del colore delle foglie. Questo virus è stato molto utile nella ricerca scientifica. Lymphocryptovirus Lungh max (nm).................................110 Numero di specie............................. 8 Pericolosità per l’uomo........................... 37 Utilità per l’uomo........................ 2 Resistenza agli antbiotici..................... N/A Il virus di Epstein-Barr è un Lymphocryptovirus. Causa quella che è nota come la “malattia del bacio” o “Mononucleosi”. Il paziente suffre di mal di gola, rigonfiamento dei linfonodi ed estrema stanchezza. Il contagio prevede un contatto molto stretto quale il bacio o la condivisione di una bibita. Orthomyxovirus 90 Lungh max (nm) ................................. Numero di specie............................. 6 146 Pericolosità per l’uomo......................... 12 Utilità per l’uomo...................... N/A Resistenza agli antbiotici..................... L’influenza è un’infezione causata dagli Orthomyxoviridae. Ogni anno dal 5% al 40% della populazione contrae l’influenza ma la maggior parte guarisce completamente in un paio di settimane. Nel 1918, prima che esistesse qualsiasi vaccino, l’influenza uccise più di 20 milioni di persone! Simplex Virus Lungh max (nm) 200 ................................ Numero di specie............................. 2 Pericolosità per l’uomo........................... 64 Utilità per l’uomo....................... 2 Resistenza agli antbiotici....................N/A L’Herpes simplex è una delle più vecchie malattie a trasmissione sessuale. In molti casi, l’infezione da Herpes è del tutto asintomatica ma eruzioni cutanee sono il sintomo che incorre in circa un terzo della popolazione infetta. Lyssavirus Filovirus Lungh max (nm).................................180 1500 Lungh max (nm) .............................. Numero di specie............................. 10 Pericolosità per l’uomo........................74 Utilità per l’uomo........................ 5 N/A Resistenza agli antbiotici..................... Numero di specie............................. 5 200 Pericolosità per l’uomo......................... 0 Utilità per l’uomo ........................ N/A Resistenza agli antbiotici..................... I Lyssavirus infettano sia le piante che gli animali. Il più comune dei Lyssavirus è il virus della Rabbia ed è usualmente associato ai cani. La Rabbia è responsabile di oltre 55,000 morti nel mondo ma si può prevenire con il vaccino. I Filovirus causano una malattia comunemente nota come Ebola. È uno dei virus più pericolosi che si conoscano perchè non esistono vaccini preventivi o trattamenti specifici. Il 50% – 90% delle vittime muoiono! Rhinovirus Varicellovirus Lungh max (nm)................................. 25 Lungh max (nm)............................... 200 Number of species .......................... 100 Pericolosità per l’uomo........................... 28 Utilità per l’uomo...................... 14 Resistenza agli antbiotici..................... N/A Numero di specie.............................. 1 Pericolosità per l’uomo........................... 21 Utilità per l’uomo........................ 7 Resistenza agli antbiotici..................... N/A Esistono più di 250 diversi tipi di virus del raffreddore! Ma il Rhinovirus è certamente il più frequente. I Rhinovirus sono I responsabili di quasi il 35% dei raffreddori. Il Rhinovirus può sopravvivere tre ore fuori da un naso. Se si trovano su un dito e ve lo infilate nel naso, l’avete già contratto! La varicella è causata dal virus Varicella-Zoster. É molto contagioso per quanto raramente grave e diffonde mediante contatto diretto (o tossendo e starnutendo). Quasi tutti ne entrano in contatto e sviluppano la malattia durante l’infanzia. Penicillium Saccharomyces Tinea Stachybotrys Lungh. Max (nm) 5000 ................................ Numero di specie ......................... 27 Pericolosità per l’uomo.......................... 64 Utilità per l’uomo ..................... 198 Resistenza agli antibiotici N/A .......................... Lungh. Max (nm)............................. 10,000 Lungh. Max (nm)............................... 15,000 Lungh. Max (nm)............................. 72,000 Numero di specie............................ 19 Pericolosità per l’uomo......................... 1 Utilità per l’uomo...................... 184 Resistenza agli antibiotici..................N/A Numero di specie................................10 Pericolosità per l’uomo........................... 43 Utilità per l’uomo....................... 14 Resistenza agli antibiotici...................N/A Numero di specie.............................. 2 Pericolosità per l’uomo........................... 83 Utilità per l’uomo ......................... 2 Resistenza agli antibiotici...................N/A Il Penicillium è un fungo che ha letteralmente cambiato il mondo! Dopo questa scoperta, gli antibiotici sono stati prodotti industrialmente per combattere le infezioni. Sfortunatamente l’abuso ha portato allo sviluppo della resistenza in molte specie batteriche. Da almeno 6,000 anni,il lievito Saccharomyces cerevisiae è usato per produrre il pane e la birra! Può essere usato anche per fare il vino e è ampiamente utilizzato nella ricerca biochimica. Una cellula può moltiplicarsi fino a 1 milione in sole sei ore. Anche se molti funghi possono causare eruzioni cutanee, Tinea provoca un’irritazione pruriginosa e la rottura della pelle spesso tra le ultime due dita dei piedi, nota come “Piede d’atleta”, la più comune infezione della pelle causata da funghi. Il piede d’atleta colpisce quasi il 70% della popolazione. Stratchybotrys (o muffa della paglia) è un fungo tossico nero che, tuttavia, non è patogenico di per se stesso, ma produce una serie di tossine che causano svariati problemi di salute: da eruzioni cutanee, a gravi reazioni per chi ha già problemi all’apparato respiratorio.. Aspergillus Cryptococcus Candida Verticillium Lungh. Max (nm).............................. 12000 Lungh. Max (nm) .............................. 15,000 Lungh. Max (nm).............................. 10,000 8,500,000 Lungh. Max (nm)........................ Numero di specie.......................... 200 Pericolosità per l’uomo........................... 47 Utilità per l’uomo..................... 124 Resistenza agli antibiotici...................N/A Numero di specie.............................. 37 Pericolosità per l’uomo........................... 98 Utilità per l’uomo....................... 37 Resistenza agli antibiotici.................... N/A Numero di specie............................. 44 Pericolosità per l’uomo.......................... 74 Utilità per l’uomo..................... 175 Resistenza agli antibiotici...................N/A Numero di specie............................... 4 Pericolosità per l’uomo...........................1 Utilità per l’uomo......................... 18 Resistenza agli antibiotici.................... N/A Aspergillus è sia utile che dannoso per l’uomo. Molti sono usati nell’industria e in medicina. Questi funghi coprono il 99% della produzione di acido citrico che un componente di medicamenti per ridurre la flatulenza! Il Cryptococcus è un fungo che cresce come un lievito. È noto per lo più perché causa una grave forma di meningite e meningoencefalite in persone già ammalate di HIV/AIDS. Il Cryptococcus vive nel suolo e non è usualmente dannoso per l’uomo. La Candida appartiene alla normale flora che vive nella bocca e nel tratto gastrointestinale dell’uomo. I circostanze normali questi funghi vivono nel 80% della popolazione senza recare danno ma una crescita abnorme causa la candidosi. Il Verticillium è un fungo ampiamente diffuso che abita il suolo ed i vegetali in decomposizione. Alcuni tipi di Verticillium possono essere tossici per insetti, piante ed altri funghi ma molto raramente causa malattia nell’uomo. Chlamydia Salmonella MRSA Streptococcus Lungh. Max (nm) .............................. 1000 Lungh. Max (nm).............................. 1000 Lungh. Max (nm)............................... 1000 Lungh. Max (nm)............................... 1000 Numero di specie ............................. 3 Pericolosità per l’uomo 37 ............................ Utilità per l’uomo........................ 1 Resistenza agli antibiotici................ 5 Numero di specie....................... 2500 Pericolosità per l’uomo........................... 89 Utilità per l’uomo....................... 15 Resistenza agli antibiotici....................40 Numero di specie.............................. 1 Pericolosità per l’uomo.......................... 174 Utilità per l’uomo..................... 20 Resistenza agli antibiotici....................90 Numero di specie........................... 50 Pericolosità per l’uomo........................... 50 Utilità per l’uomo...................... 75 Resistenza agli antibiotici....................20 Chlamydia trachomatis causa una malattia sessualmente trasmissibile. Può presentare sintomi lievi come secrezione vaginale o del pene per arrivare a complicazioni più serie, ad esempio la sterilità o il gonfiore dei testicoli. Le Salmonelle sono batteri a forma di bastoncino più comunemente noti per causare intossicazioni alimentari e febbre tifoide. I sintomi variano dal vomito alla diarrea, fino al decesso nei casi più gravi. Lo Staphylococcus aureus Meticillino-Resistente (MRSA) è il batterio responsabile delle infezioni ospedaliere difficili da trattare. Rappresentano una variante del comune Staphylococcus aureus che ha sviluppato la capacità di sopravvivere all’azione dei più comuni antibiotici. Molti Streptococci sono innocui per l’uomo e appartengono alla flora normale della bocca e delle mani. Tuttavia, alcune specie causano circa il 15% dei mal di gola. I sintomi del mal di gola da Streptococcus includono febbre improvvisa, mal di stomaco e rigonfiamento dei linfonodi. Escherichia Pseudomonas Lactobacillus Treponema Lungh. Max (nm).............................2000 Lungh. Max (nm).............................5000 Lungh. Max (nm).............................. 1500 Lungh. Max (nm).............................2000 Numero di specie............................. 9 Pericolosità per l’uomo........................... 54 Utilità per l’uomo.................... 184 Resistenza agli antibiotici.................... N/A Numero di specie.......................... 126 Pericolosità per l’uomo........................... 50 Utilità per l’uomo................... 150 Resistenza agli antibiotici....................80 Numero di specie.......................... 125 Pericolosità per l’uomo...........................0 Utilità per l’uomo.................... 195 Resistenza agli antibiotici....................10 Numero di specie............................. 3 Pericolosità per l’uomo.......................... 115 Utilità per l’uomo....................... 8 Resistenza agli antibiotici....................10 Molti ceppi di E. coli sono innocui e presenti numerosi nell’intestino di uomini ed animali. Inoltre, E. coli è tra le creature, grandi e piccole, più studiate. In alcuni casi, tuttavia, E. coli causa sia infezioni urinarie che addominali ed avvelenamento alimentare. Le Pseudomonas sono tra i microbi più comuni in quasi tutti gli ambienti. Nonostante alcune specie possano causare malattia nell’uomo, le altre sono coinvolte nei processi di decomposizione e bio-bonifica. I Lactobacilli sono molto e generalmente innocui per l’uomo. Sono presenti nella vagina e nel tratto gastrointestinale come una piccola porzione della flora normale. Questi batteri sono molto usati nell’industria alimentare per produrre yogurt e formaggi. La Sifilide è una malattia molto contagiosa, causata dal batterio Treponema. I sintomi inizialmente assomigliano a quelli dell’influenza ma con un eritema cutaneo, e possono arrivare a danni cerebrali e morte. La sifilide si può curare con antibiotici anche se i ceppi resistenti sono in aumento.
