Capitolo 1
Storia e scopo della
Microbiologia
Prescott 1 - Microbiologia generale 7/ed
Johanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J. Woolverton
Copyright © 2009 – The McGraw-Hill Companies srl
Importanza dei
Microorganismi
• Costituiscono il gruppo più popoloso di
organismi, si trovano in ogni parte del globo
• Hanno un ruolo fondamentale nel riciclo
degli elementi essenziali
• Fonte di nutrienti. Alcuni capaci di
fotosintesi
• Benefici per l’umanità per la loro capacità
di produrre cibi, bevande, antibiotici e
vitamine
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Cos’è la microbiologia?
• Studio di organismi troppo piccoli
per essere chiaramente visibili ad
occhio nudo (cioè, microorganismi)
• Questi organismi sono relativamente
semplici nella loro architettura e
mancano di cellule differenziate e di
tessuti
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Membri del mondo microbico
• Cellule procariotiche sono prive di un
nucleo delimitato da una membrana
• Cellule eucariotiche possiedono un
nucleo racchiuso da una membrana,
sono morfologicamente più complesse
e generalmente più grandi delle cellule
procariotiche
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Tipi di Classificazione
• Schema a cinque regni comprendente
Monera, Protista, Fungi, Animalia e Plantae.
I microbi si trovano nei primi tre regni
• Schema a tre regni, basato sul confronto
dell’RNA ribosomale. Classifica i
microrganismi in Bacteria (batteri veri),
Archaea e Eucarya (eucarioti)
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Regno dei Bacteria – tutti
procarioti
• La maggior parte è costituita da singole cellule
• La maggior parte contiene peptidoglicano nella
parete
• Possono sopravvievere in una infinità di
ambienti
• La maggior parte non sono patogeni ed hanno
un rulo fondamentale nel riciclo dei nutrienti
• I cianobatteri producono O2 in seguito a
fotosintesi
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Regno degli Archaea – tutti
procarioti
• Procariotici
• Si distinguono dai Bacteria per
sequenze ribosomali caratteristiche
• Non contengono peptidoglicano nella
parete
• Molti si trovano in ambienti estremi
• Non si conoscono specie patogene
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Regno Eucarya – tutti
eucarioti
• animali, piante e microrganismi
eucarioti
– I Microrganismi comprendono i
protisti (alghe unicellulari, protozoi,
muffe) e funghi
– La maggior parte sono più grandi delle
cellule procariotiche
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Virus
• Acellulari
• Più piccoli di tutti i microbi
• Provocano moltissime malattie
incluse qualche forma di cancro
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La scoperta dei Microrganismi
• Antony van
Leeuwenhoek (16321723)
– Il primo ad osservare
e descrivere
accuratamente i
microorganismi
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Il conflitto sulla
generazione spontanea
• La generazione spontanea
– Gli organismi viventi possono svilupparsi dalla
materia non vivente o in decomposizione
• Francesco Redi (1626-1697)
– Smentì la generazione spontanea per gli
animali di grandi dimensioni
– Mostrò che i vermi sulla carne in putrefazione
derivano dalle uova delle mosche
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La generazione spontanea è
valida per i microganismi ?
• John Needham (1713-1781)
– I suoi esperimenti:
Brodo di montone nelle beute bollitura sigillatura
– Risultati: i brodi sono diventati torbidi e
contengono microrganismi
• Lazzaro Spallanzani (1729-1799)
– I suoi esperimenti:
Brodo di montone nelle beute sigillatura bollitura
– Risultati: nessuna crescita di microrganismi
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Louis Pasteur (1822-1895)
• I suoi esperimenti:
–
–
–
–
Mette in beuta la soluzione nutriente
Forma beute con colli lunghi e ricurvi
Bolle la soluzione
Lascia le beute esposte all’aria
• Risultati: nessuna crescita di microrganismi
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Louis Pasteur (1822-1895)
Figura 1.2
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Definitivo tramonto della teoria
della generazione spontanea
• John Tyndall (1820-1893)
– Ha dimostrato che la polvere contiene i
microrganismi
– Ha dimostrato che se la polvere era assente,
il brodo nutritivo rimaneva sterile anche se
direttamente esposto all’aria
– Ha dimostrato anche l’esistenza di forme
batteriche eccezionalmente resistenti al
calore
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Ruolo dei Microrganismi
nelle malattie
• Non era poi così ovvio
• Stabilire una connessione dipendeva
dallo sviluppo di tecniche per lo
studio dei microbi
• Una volta stabilito, ha permesso lo
studio delle difese dell’ospite l’immunologia
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L’età dell’oro della
Microbiologia (1857-1914)
• Sono stati identificati molti organismi che
producono malattie
• È stato intrapreso lo studio del
metabolismo microbico
• Sono state raffinate le tecniche
Microbiologiche
• È stata migliorata la comprensione del
ruolo dell’immunità e di come controllare
e prevenire le infezioni microbiche
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Identificazione delle
relazioni tra Microrganismi
e malattia
• Agostini Bassi (1773-1856)
– Ha mostrato che una malattia dei bachi
da seta era causata da un fungo
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Altre evidenze…
• Joseph Lister
– Fornisce evidenze indirette che i microrganismi
sono agenti causali delle malattie
– Sviluppa una metodologia in chirurgia elaborata
per impedire l’ingresso dei microrganismi nelle
ferite ed una per il trattamento dei ferri
chirurgici e per gli abiti da camera operatoria
– Poche volte i suoi pazienti andavo incontro a
infezioni post-operative
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Prova finale…
• Robert Koch (1843-1910)
– Stabilisce la relazione fra Bacillus anthracis e
antrace
– Usa i criteri sviluppati dal suo maestro Jacob
Henle (1809-1895)
– Questi criteri sono oggi noti come i postulati
di Koch
• Usati ancora oggi per stabilire il legame fra una
particolare microrganismo ed una particolare
malattia
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Postulati di Koch
• Il microrganismo deve essere presente in tutti i
casi della malattia ed assente negli individui
sani.
• Il microrganismo in questioine deve essere
isolato e cresciuto in coltura pura.
• La stessa malattia deve essere provocata
dall’infezione sperimentale con il
microrganismo isolato inoculato in un ospite
sano
• Lo stesso microrganismo deve essere re-isolato
dall’ospite infettato sperimentalmente.
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Lo sviluppo di tecniche per
lo studio dei microrganismi
patogeni
• Il lavoro di Koch ha permesso la
scoperta o lo sviluppo di:
– agar
– piastre di petri
– nutrient broth e nutrient agar
– metodi per isolare i microrganismi
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Altri sviluppi…
• Charles Chamberland (1851-1908)
– Sviluppò i filtri di porcellana usati da Ivanoski
e Beijerinck per studiare la malattia del
mosaico del tabacco
• Ha determinato che negli estratti da piante malate
erano presenti agenti infettivi più piccoli dei batteri
in grado di passare attraverso i filtri
• Gli agenti infettivi erano i virus
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Studi immunologici
• Edward Jenner (ca. 1798)
– Ha usato la vacinazione per proteggere
le persone dallo smallpox
NOTA: prima dell’identificazione del ruolo
dei microrganismi nelle malattie
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Altri sviluppi…
• Pasteur e Roux
– Hanno scoperto che la lunga incubazione di
colture prima del trasferimento nell’ospite
provocava nel patogeno la perdita della
capacità di provocare la malattia
• Pasteur e collaboratori
– Hanno sviluppato il vaccino contro il colera
dei polli, antrace e rabbia
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Altri sviluppi…
• Emil von Behring (1854-1917) e
Shibasaburo Kitasato (1852-1931)
– Hanno sviluppato un’antitossina contro
difterite e tetano
– Hanno fornito evidenze di un’immunità
umorale
• Elie Metchnikoff (1845-1916)
– Ha scoperto le cellule fagocitarie del sangue
– Ha fornito evidenze di un’immunità cellulare
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Lo sviluppo della
Microbiologia industriale e
dell’Ecologia microbica
• Louis Pasteur
– Ha dimostrato che sia la fermentazione
alcolica che altre fermerntazioni erano
il risultato di attività microbica
– Ha sviluppato il processo di
pastorizzazione per conservare il vino
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Sviluppi addizionali…
• Sergei Winogradsky (1856-1953) e Martinus
Beijerinck (1851-1931)
– Hanno studiato i microrganismi del suolo e scoperto
molti processi metabolici interessanti (es.: la
fissazione dell’azoto)
– hanno aperto la strada all’uso di colture arricchite e
ai terreni selettivi
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Scopo ed importanza della
Microbiologia
• importanza dei microrganismi
–
–
–
–
–
Primi organismi viventi del pianeta
Diffusi ovunque sia possibile la vita
Più numerosi di qulasiasi altro organismo
L’ecvosistema globale dipende dalla loro attività
Influenzano la società umana in molti modi
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Microbiologia di base ed
applicata
• La microbiologia di base studia gruppi
individuali di microbi, fisiologia,
genetica, biologia molecolare e
tassonomia microbica
• La microbiologia applicata affronta
problemi pratici: malattie, acqua,
cibo, e microbiologia industriale
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Attualmente la Microbiologia
interessa molteplici campi di
studi
• Esempi
– La microbiologia medica si interessa
alle malattie umane ed animali
– L’immunologia affronta il problema di
come il sistema immunitario progette
l’ospite dai patogeni
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Altri campi…
– L’ecologia microbia si interessa delle
relazioni degli organismi con il loro
ambiente
– La genetica microbica e la biologia
molecolare studiano come
l’informazione genetica funzioni e
regoli lo sviluppo di cellule ed
organismi
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Il futuro della Microbiologia:
Sfide ed opportunità per futuri
microbiologi
• Malattie infettive
• Nuovi processi industriali e miglioramento di
quelli noti
• Diversità ed ecologia microbica
– Si sa coltivare meno dell’1% della popolazione
microbica della terra
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Sfide ed opportunità per futuri
microbiologi….
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•
Biofilms
Analisi del genoma
Microbi come sistemi modello
Valutazione delle implicazioni di nuove
scoperte e nuove tecnologie
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