Microbiologia Lezione del 05-03-2013 Prof: Iannello Biologia dei

Microbiologia
Lezione del 05-03-2013
Prof: Iannello
Biologia dei microrganismi
Partirei con delle cose che avete già visto in biologia. In questa e nella prossima lezione diremo
qualcosa che riguarda la struttura dei microrganismi. E' infatti inconcepibile che uno che fa un esame
di microbiologia non abbia le idee chiare sulla struttura dei batteri,dei funghi o sulle differenze che ci
sono tra un batterio,un fungo e un protozoo (ovviamente stiamo parlando di cellule perchè i virus
sono tutto un altro universo come sapete).Queste prime lezioni che faremo non saranno
approfondite perchè abbiamo poco tempo,però partiamo proprio dalla struttura dei batteri,che
possono dare seri problemi in quanto agenti di malattie infettive.
Queste cose già le sapete,però facciamo un ripasso.
I batteri:
 Sono organismi unicellulari,procarioti
 Contengono entrambi gli acidi nucleici (DNA e RNA)
 Si moltiplicano per scissione binaria
 Non contengono mitocondri. Presentano delle strutture che in un certo senso possono
sostituire i mitocondri,ma non hanno dei veri e propri mitocondri
 Presentano un parete cellulare,che è una struttura rigida,molto complessa e che presenta
nella sua composizione un polimero che è il peptidoglicano.
La parete cellulare la ritroviamo anche nei funghi,solo che,nella sua composizione, presenta un
altro polimero che è la chitina.
I funghi o miceti sono dei microrganismi importanti per la patologia umana. I termini
"funghi","miceti","lieviti" e "muffe" si riferiscono a un certo tipo di organismi viventi. Sappiamo
tutti cosa sono i funghi o le muffe,ma consideriamo che ci sono degli organismi che appartengono
al regno dei funghi che danno delle patologie di tipo infettivo,ma ce ne occuperemo in seguito.
Dunque,le due differenze più importanti tra funghi e batteri sono:
- I funghi sono eucarioti,mentre i batteri procarioti
- La parete cellulare dei batteri è maggiormente costituita da peptidoglicano,mentre quella dei
funghi da chitina.
Su questo ci ritorneremo.
I batteri si possono ritrovare o come singole cellule o raggruppati in vario modo.
Per quanto riguarda la morfologia dei batteri,consideriamo che questi possono assumere aspetti
diversi. Abbiamo per esempio:
 BACILLI : sono cellule allungate e sottili
 COCCHI: sono cellule sferiche
 SPIROCHETE, VIBRIONI,SPIRILLI : sono avvolti a spirale. Per esempio l'agente eziologico del
colera è proprio un vibrione oppure l'agente eziologico della sifilide,una malattia infettiva,
è una spirocheta.Si pensava che la sifilide,così come la tubercolosi,fosse una malattia
scomparsa,invece non è così,in quanto sono riemerse da diversi anni.
Ci sono altre forme di batteri,che non interessano la patologia umana. La microbiologia,infatti,è
una materia molto vasta,ma noi come corso di laurea in medicina ci occupiamo solo di quegli
agenti che possono dare malattie umane .Consideriamo che nell'ambiente sono presenti
moltissimi batteri che fortunatamente,fino a oggi, non sono coinvolti nella patologia umana.
Dicevamo prima che i batteri possono essere singoli,ma possono anche organizzarsi in coppie o
gruppi.
-Se formano delle coppie si parla di diplococchi
-Se assumono una forma a grappolo d'uva si parla di stafilococchi
-Se formano delle catenelle si parla di streptococchi
Quindi sulla morfologia è basato il riconoscimento di alcuni tipi di batteri (non di tutti ),in seguito
ad osservazione al microscopio ottico,soprattutto se c'è un'aggregazione caratteristica. Il
microscopio ottico l'avete incontrato abbondantemente in istologia quindi conoscete benissimo i
vari tipi di microscopi e il potere di risoluzione. E' lo stesso microscopio che usiamo anche per la
microbiologia.
I batteri ,inoltre, possono essere classificati in base alle dimensioni. Per esempio i bacilli sono più
lunghi ( come due o tre cocchi),le spirochete possono essere lunghe anche diverse decine di
micron,mentre un cocco può avere un diametro di circa un micron.
Possono essere classificati in base a una caratteristica strutturale,cioè in base al tipo di parete
cellulare . Cosa vuol dire Gram? Sicuramente l'anno scorso in biologia avete incontrato spessissimo
E. Coli, batterio dalla forma allungata,flagellato( i flagelli servono per il movimento), Gram
negativo. E. Coli ha anche una struttura molto importante che sono i pili ; forse avete visto i pili
sessuali, non so se avete parlato della coniugazione e del fatto che da un batterio all'altro passano
dei plasmidi....sono delle cose che sicuramente avete incontrato ,ma che forse non avete
attenzionato,d'altronde il nostro corso di studi è un aggiunta a ciò che sapevamo. Tra l'altro questa
coniugazione e il passaggio di plasmidi sta anche alla base della resistenza agli antibiotici. In
istologia avete incontrato molte colorazioni,in microbiologia una colorazione che può essere utile
per i protozoi è la colorazione di Giemsa,mentre per i batteri si usa la colorazione di Gram. Il primo
colorante che si usa per la colorazione di Gram è il cristalvioletto o violetto di genziana,quindi si
colorano di viola scuro.
1. Prima il preparato deve essere fissato dove ci sono i batteri
2. Poi si fa una colorazione con questo colorante cristalvioletto
3. Successivamente avremo una fase di mordenzatura con il liquido di Lugol,composto a base
di iodio e ioduro di potassio, che sembra fissare bene il primo colorante alla parete dei
batteri.
4. Dopo si fa una decolorazione,che ha la funzione di portare via il colorante che non si è
fissato alla parete dei batteri.
A questo punto i batteri Gram positivi restano colorati in violetto,mentre altri batteri,che si
chiamano Gram negativi si decolorano,per cui,per metterli in evidenza,dobbiamo aggiungere un
altro colorante che si chiama safranina (o eosina) e che colora questi batteri in rosa.
Vedete in questa immagine abbiamo batteri che in seguito alla decolorazione hanno mantenuto il
colore violetto ( Gram positivi ) e batteri che si sono decolorati e che abbiamo messo in evidenza
grazie al secondo colorante e per questo hanno un colore sul rosa (Gram negativi). Il tutto avviene
in una decina di minuti,quindi è una colorazione che si svolge molto rapidamente.
In questo caso abbiamo batteri colorati con fluorocromi e osservati al microscopio a fluorescenza.
I principi del microscopio a fluorescenza li sapete benissimo dall'istologia,se non li ricordate,avete
tutto il tempo di andare a rivederli. Questo microscopio si usa in microbiologia come strumento
per leggere dei vetrini sottoposti a metodiche di immunofluorescenza .
Questa è la struttura tipo di una cellula procariote in cui vediamo quello che abbiamo detto,cioè
non c'è una membrana nucleare,il cromosoma è lunghissimo e tutto raggomitolato all'interno
della cellula batterica,ci possono essere delle inclusioni,c'è naturalmente il citoplasma e i ribosomi
che,però,non sono uguali a quelli della cellula eucariote e anche questo è importante dal punto di
vista dell'impiego di farmaci e antibiotici. Ci possono essere dei plasmidi,cioè frammenti di DNA
circolare indipendenti dal cromosoma. La trasmissione dei plasmidi da un batterio all'altro è uno di
quei meccanismi genetici con cui i batteri possono scambiarsi tutta una serie di informazioni,per
esempio la capacità di resistere a molecole antibiotiche.
I batteri si muovono grazie ai flagelli che possono essere o a un polo della cellula o intorno alla
cellula oppure possono esserci più flagelli ad un unico polo,quindi ci possono essere tutta una
serie di variazioni che riguardano questi organelli.
Le fimbrie o pili sono altre appendici che si trovano sulla superficie dei batteri,più corte dei flagelli
e hanno almeno due funzioni:
- Fanno aderire i batteri a delle superfici,per esempio alle mucose. Un batterio che riesce ad
aderire alla mucosa ha già iniziato un processo di infezione dell'ospite,se non riesce ad aderire non
può colonizzarlo.
- Permettono la coniugazione,cioè il passaggio di materiale genetico da un batterio all'altro (pili
sessuali).
La membrana plasmatica è presente,ma è diversa da quella degli eucarioti in quanto non contiene
steroli.I funghi,di cui parleremo più avanti,essendo eucarioti, contengono steroli. Questo è
importante perchè quando somministriamo un farmaco che agisce sulla membrana plasmatica di
un fungo,usiamo qualcosa che è tossico per le nostre cellule. Quindi queste cose che stiamo
dicendo hanno poi un riscontro pratico che riguarda anche l'uso di farmaci,di cui ogni giorno ci
serviamo per combattere le infezioni.
I batteri,come abbiamo detto,presentano anche una parete cellulare,costituita da peptidoglicano.
Alcuni batteri,ma non tutti, possono avere un altro strato superficiale,cioè la capsula .Questa è
una struttura che non è costante,come non sono costanti i flagelli,infatti non tutti i batteri si
muovono.La capsula è un fattore di virulenza molto importante per i batteri ( Es:
pneumococchi).Vi ricordate per caso gli esperimenti di Griffith che hanno portato alla scoperta
degli acidi nucleici? I topi infettati con batteri capsulati morivano e questo ci testimonia come la
capsula renda possibile il danneggiamento dell'ospite,infatti i batteri non capsulati non uccidevano
il topo. Il batterio in questione era lo Streptococcus pneumoniae, l'agente eziologico della
polmonite. Molti pensano che polmonite e tubercolosi siano malattie del passato,in realtà non è
così; queste sono ancora molto diffuse e possono manifestarsi nel bambino,nell'anziano e
nell'adulto immuno-compromesso,provocandone anche la morte.
Questa è l'immagine classica di un Escherichia Coli lisato in cui vediamo attorno il DNA lungo 1 mm
ed è tanto se consideriamo le reali grandezze di questa cellula,quindi dobbiamo immaginare
questo DNA tutto raggomitolato all'interno del batterio.
I ribosomi sono presenti anche nella cellula batterica,però sono diversi.E' importante il discorso
delle subunità dei ribosomi: La subunità maggiore è di 50 S, la subunità minore di 30 S. Abbiamo
anche in questo caso un riscontro pratico. Tutti i giorni si usano degli antibiotici che vanno a
interferire con la sintesi proteica dei batteri,ma non con la nostra e questo proprio perche i
ribosomi,nonostante abbiano la stessa funzione,non sono perfettamente uguali e quindi queste
molecole hanno una selettività d'azione,cioè si legano ad un bersaglio rispetto che a un altro.
Alcuni batteri possono anche presentare le spore o endospore che costituiscono una forma del
ciclo vitale del batterio e permettono di resistere a delle condizioni sfavorevoli. Per esempio un
ambiente arido o temperature estreme possono costituire uno stimolo per il batterio,che è capace
di produrre queste spore, a trasformarsi in una forma che è capace di resistere nell'ambiente per
tantissimo tempo.
Per il genere Clostridium, che produce spore, le condizione fondamentale che induce la
formazione di spore è la presenza di Ossigeno. Questi sono dei batteri che vengono definiti
anaerobi,in quanto,per loro,l'ossigeno è tossico,di conseguenza, quando si trovano in condizioni in
cui è presente l'ossigeno ,questi batteri producono spore,che presentano una struttura rigida e
molto più spessa rispetto a quella della forma vegetativa. Così il batterio può resistere
nell'ambiente fino a quando non si stabiliscono delle condizioni adatte alla vita del batterio stesso
nella sua forma metabolicamente attiva.
Dicevo che il termine "bacillo" indica la forma di una cellula batterica, ma il termine " bacillus" in
latino si riferisce al genere del batterio. Come siete messi con la classificazione degli organismi
viventi?? Consideriamo Escherichia Coli.
"Escherichia"
genere
"Coli"
specie
La famiglia a cui appartiene E. Coli è la famiglia delle Enterobacteriaceae.
Il genere bacillus contiene batteri:
 di forma allungata
 Sporigeni,cioè producono spore
 Aerobi
Queste sono delle caratteristiche che permettono di raggruppare i batteri nel genere bacillus, poi
avremo le varie specie. Abbiamo utilizzato il termine bacillo anche parlando di E. Coli, ma facendo
riferimento alla forma ( forma allungata) , per il resto non ha niente a che vedere con questo
genere.
E. Coli è un bacillo Gram negativo e asporigeno,cioè non contiene spore, quindi è completamente
diverso da un batterio che appartiene al genere Bacillus, infatti in questo caso il termine "bacillo"
indica solo un aspetto morfologico.
I batteri che appartengono al genere Clostridium
 hanno una forma allungata
 Sono sporigeni
 Sono Gram positivi
 Sono Anaerobi ( e questa è la grande differenza con i batteri appartenenti al genere
Bacillus)
Fanno parte del genere Clostridium,per esempio, il Clostridium Tetani, agente eziologico del
tetano, o il Clostridium Botulinum,agente eziologico del botulismo. Stiamo parlando di malattie
mortali; sicuramente avete sentito parlare di persone che hanno mangiato dei cibi contaminati da
spore di questo Clostridium Botulinum e sono finite in ospedale.
Vedete in questa immagine come la spora modifica il profilo stesso del batterio. (L'immagine non
era questa,ma non ho trovato di meglio).
All'interno di alcuni batteri, per esempio all'interno dei corynebatteri (agenti eziologici della
Difterite,altra malattia mortale) ,possiamo trovare anche delle inclusioni di materiale nutriente
che il batterio può utilizzare quando ha necessità.
Io vi sto facendo un pò una carrellata,però queste cose voi dovete andare a studiarle sul libro e
dovete approfondirle per bene, non ce la possiamo cavare con queste cose discorsive che vi sto
dicendo oggi.
PARETE CELLULARE
Abbiamo detto che componente fondamentale della parete cellulare nei batteri Gram positivi e
Gram negativi è il peptidoglicano , costituito da molecole di N-Acetilglucosammina e da
N-Acetilmuramico. Queste molecole,che formano dei polimeri, sono disposte in maniera alternata
e sono tenute insieme da un tetrapeptide.
Tutte queste molecole costituiscono un guscio molto rigido che conferisce al batterio grande
resistenza nei confronti dell'ambiente esterno. Se voi mettete un eritrocita in acqua distillata
(soluzione ipotonica) si lisa,mentre se lo mettete in una soluzione ipertonica,si raggrinzisce. Ai
batteri questa cosa non succede,proprio per la presenza di questa rigida parete che li protegge da
queste variazioni anche abbastanza drastiche della pressione osmotica.
I Gram positivi e i Gram negativi sono diversi perchè hanno una parete cellulare diversa. Il
componente fondamentale è sempre il peptidoglicano,solo che nei Gram positivi forma uno strato
molto più spesso rispetto a quello dei Gram negativi. I Gram positivi,inoltre,contengo altre
molecole che non si trovano nei Gram negativi, cioè gli acidi teicoici . Quindi questi acidi teicoici
sono presenti nei Gram positivi,ma non nei Gram negativi. Questa è un'altra differenza.
Francesca Galletta