Romane 1
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Indice
Prefazione all’edizione americana x
Gli autori xii
Prefazione all’edizione italiana xiii
La mappa dei contenuti xiv
Presentazione di questo volume xvii
Guida al testo xix
Volume 1 Microbiologia generale
1
4.6
L’assunzione di nutrienti da parte della cellula 79
4.7
Terreni di coltura 84
■ Nota storica 4.1: La scoperta dell’agar come agente
solidificante e della tecnica per isolare colture pure 85
4.8
L’isolamento di colture pure 86
■ Tecniche e applicazioni 4.2: Arricchimento e
isolamento di colture pure 88
Storia e scopo della microbiologia 1
1.1
La scoperta dei microrganismi 2
1.2
La disputa sulla generazione spontanea 2
1.3
Il ruolo dei microrganismi nelle malattie 6
■ Tecniche e applicazioni 1.1: Il metodo scientifico 7
■ Malattie 1.2: I postulati di Koch in chiave molecolare 8
1.4
Microbiologia industriale ed ecologia microbica 9
1.5
I membri del mondo microbico 10
1.6
Scopo e importanza della microbiologia 11
1.7
Il futuro della microbiologia 13
2 Lo studio della struttura microbica: le tecniche
di microscopia e l’allestimento dei campioni biologici 15
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Le lenti e la deviazione della luce 15
Il microscopio ottico 16
Preparazione e colorazione dei campioni 23
Microscopia elettronica 26
Nuove tecniche di microscopia 31
3 Struttura e funzione della cellula procariotica 35
3.1
La struttura della cellula procariotica: quadro generale 35
■ Diversità ed ecologia microbica 3.1:
Microbi mostruosamente grandi 38
3.2
Le membrane cellulari dei procarioti 40
3.3
La matrice citoplasmatica 44
■ Diversità ed ecologia microbica 3.2:
Magneti viventi 48
3.4
Il nucleoide 49
3.5
I plasmidi 50
3.6
La parete cellulare batterica 51
3.7
Pareti cellulari degli Archea 59
3.8
Secrezione proteica nei procarioti 60
3.9
Componenti esterni alla parete cellulare 62
3.10
La chemiotassi 69
3.11
L’endospora batterica 71
4 La nutrizione microbica 75
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
Le richieste nutrizionali comuni 75
Le richieste di carbonio, idrogeno e ossigeno 76
Tipi nutrizionali dei microrganismi 76
Le richieste di azoto, fosforo e zolfo 78
I fattori di crescita 78
5 La crescita microbica 91
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
Il ciclo cellulare degli organismi procarioti 91
La curva di crescita 95
Misurazione della crescita microbica 100
La coltura continua di microrganismi 103
Influenza dei fattori ambientali
sulla crescita microbica 104
La crescita microbica negli ambienti naturali 115
6 Controllo dei microrganismi mediante
agenti fisici e chimici 123
6.1
Definizione di termini usati di frequente 123
■ Tecniche e applicazioni 6.1: La sicurezza nel
laboratorio di microbiologia 124
6.2
La curva di mortalità microbica 125
6.3
Le condizioni che influenzano l’efficacia
di un agente antimicrobico 126
6.4
Metodi di controllo fisici 126
6.5
Agenti di controllo chimici 132
■ Tecniche e applicazioni 6.2: Norme precauzionali
valide per i laboratori di microbiologia 132
6.6
Valutazione dell’efficacia degli agenti antimicrobici 137
7 Il metabolismo: rilascio e conservazione
dell’energia 139
7.1
Una visione d’insieme del metabolismo 139
7.2
La degradazione del glucosio ad acido piruvico 142
7.3
Le fermentazioni 146
■ Nota storica 7.1: La microbiologia
e la I Guerra Mondiale 148
7.4
Il ciclo degli acidi tricarbossilici 148
7.5
Il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa 150
7.6
La respirazione anaerobica 156
7.7
Il catabolismo dei carboidrati
e i polimeri di riserva intracellulari 157
7.8
Il catabolismo dei lipidi 158
7.9
Il catabolismo delle proteine e degli aminoacidi 158
7.10
L’ossidazione delle molecole inorganiche 159
7.11
La fotosintesi 160
■ Diversità ed ecologia microbica 7.2: Gli scarichi acidi
delle miniere 161
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Pagina vi
Indice
■
Nota storica 13.1: Prime fasi della colonizzazione
americana e diffusione di malattie 302
13.2
Proprietà generali dei virus 303
13.3
Coltivazione dei virus 303
13.4
Purificazione dei virus e metodi di saggio 305
13.5
Struttura dei virus 308
13.6
Principi di tassonomia virale 317
■ Recenti sviluppi della microbiologia 13.2:
Origine dei virus 317
8 Il metabolismo: l’utilizzo dell’energia
nelle biosintesi 169
8.1
I principi che governano le biosintesi 170
■ Tecniche e applicazioni 8.1: L’identificazione
delle vie anaboliche 171
8.2
La fissazione fotosintetica di CO2 172
8.3
La sintesi di zuccheri e polisaccaridi 173
8.4
L’assimilazione di azoto, fosforo e zolfo inorganici 174
8.5
La sintesi degli aminoacidi 178
8.6
Le reazioni anaplerotiche 180
8.7
La sintesi di purine, pirimidine e nucleotidi 181
8.8
La sintesi dei lipidi 182
8.9
Sintesi del peptidoglicano 184
8.10
I meccanismi di formazione della parete cellulare 187
9 Espressione genica
189
9.1
La trascrizione del DNA ossia la sintesi dell’RNA 189
■ Recenti sviluppi della microbiologia 9.1: L’RNA
catalitico (i ribozimi) 196
9.2
La sintesi proteica 197
10
La genetica dei microbi: la regolazione
dell’espressione genica 211
10.1
I livelli di regolazione dell’espressione genica 212
10.2
La regolazione dell’inizio della trascrizione 213
■ Nota storica 10.1: La scoperta della
regolazione genica 214
10.3
La regolazione dell’allungamento della trascrizione 223
10.4
La regolazione a livello della traduzione 226
10.5
I sistemi di regolazione globale 227
10.6
La regolazione dell’espressione genica
in Eucarya e Erchaea 234
11
Genetica microbica: meccanismi
di alterazione genetica 237
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
11.9
11.10
11.11
12
Genomica microbica
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
13
Le mutazioni e la loro base chimica 237
Riconoscimento e isolamento dei mutanti 244
Riparazione del DNA 247
Come si origina la variabilità genetica 250
Elementi trasponibili 253
Plasmidi batterici 257
Coniugazione batterica 263
Trasformazione del DNA 268
Trasduzione 271
Mappatura del genoma 276
Ricombinazione e mappatura dei genomi virali 279
283
Introduzione 283
Determinazione delle sequenze di DNA 284
“Whole-genome shotgun sequencing” 285
Bioinformatica 286
Caratteristiche generali dei genomi microbici 287
Genomica funzionale 292
Il futuro della genomica 297
Genomica ambientale 297
Virus: introduzione e caratteristiche generali 301
13.1
Origine della virologia
302
14
Virus: i batteriofagi
319
14.1
Classificazione dei batteriofagi 319
■ Diversità ed ecologia microbica 14.1:
Un mare di virus 320
14.2
Riproduzione dei fagi dotati di DNA a doppio filamento:
il ciclo litico 320
14.3
Riproduzione dei fagi dotati
di DNA a singolo filamento 327
14.4
Riproduzione dei fagi a RNA 327
14.5
Batteriofagi temperati e lisogenia 328
15 I virus: rilascio e conservazione dell’energia
337
15.1
Classificazione dei virus animali 337
15.2
Riproduzione dei virus animali 338
■ Tecniche e applicazioni 15.1: Costruzione
di un virus 346
15.3
Infezioni citocide e danno cellulare 348
15.4
Infezioni virali persistenti, latenti e lente 349
15.5
Virus e cancro 350
15.6
Virus vegetali 351
15.7
Virus dei funghi, delle alghe e dei protozoi 354
15.8
Virus degli insetti 354
15.9
Viroidi e prioni 355
Appendice A-1 Tassonomia e filogenesi dei microrganismi
Bibliografia
Glossario
Crediti
B-1
G-1
C-1
Indice analitico
I-1
Volume 2 Microbiologia sistematica,
ecologica, industriale
16 Tassonomia e filogenesi dei microrganismi
1
16.1
Introduzione generale e uno sguardo d’insieme 1
16.2
Evoluzione e diversità dei microrganismi 2
16.3
Categorie tassonomiche (Taxa) 4
16.4
Sistemi di classificazione 5
16.5
Principali caratteri impiegati nella tassonomia 8
16.6
Valutazione della filogenesi dei microrganismi 12
16.7
Le principali divisioni degli organismi viventi 15
16.8
Il Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology 18
■ Diversità ed ecologia microbica 16.1:
Liste “ufficiali” di nomenclatura:
una lettera dal Bergey’s 20
16.9
Uno sguardo d’insieme alla filogenesi e alla diversità dei
procarioti 23
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Indice
17 Gli Archebatteri
22.6
Classificazione dei protisti 123
■ Malattie 22.1: Fioriture algali tossiche
(Harmful Algal Blooms HABs) 133
■ Tecniche e applicazioni 22.2: L’importanza pratica
delle diatomee 137
27
17.1
Introduzione agli archebatteri 27
17.2
Il phylum dei Crenarcheoti 31
17.3
Il phylum dei Euriarcheoti 34
■ Diversità ed ecologia microbica 17.1:
La filogenesi degli archebatteri: molto più
che Crenarcheoti ed Euriarcheoti? 35
■ Diversità ed ecologia microbica 17.2: Archebatteri
Metanotrofici 37
23 I funghi (Eumycota)
23.1
23.2
23.3
23.4
23.5
23.6
18 I batteri: i deinococchi e i Gram-negativi
non-proteobatteri 43
18.1
Aquificae e Thermotogae 43
18.2
Deinococcus-thermus 44
18.3
I batteri fotosintetici 45
■ Diversità ed ecologia microbica 18.1:
Il meccanismo della motilità strisciante 50
18.4
Il phylum Planctomycetes 52
18.5
Il phylum Clamydiae 53
18.6
Il phylum Spirochaetes 55
18.7
Il phylum Bacteroidetes 56
24
20.1
Introduzione generale 89
20.2
La classe Mollicutes (i micoplasmi) 90
20.3
Struttura del peptidoglicano e delle endospore 92
■ Diversità ed ecologia microbica 20.1:
Spore nello spazio 94
20.4
La classe Clostridia 94
20.5
La classe Bacilli 96
21 I batteri: i Gram-positivi con alto G + C 105
21.1
21.2
21.3
21.4
21.5
21.6
21.7
21.8
21.9
21.10
Caratteristiche generali degli attinomiceti
Il sottordine Actinomycineae 109
Il sottordine Micrococcineae 110
Il sottordine Corynebacterineae 111
Il sottordine Micromonosporineae 113
Il sottordine Propionibacterinea 113
Il sottordine Streptomycineae 113
Il sottordine Streptosporangineae 116
Il sottordine Frankineae 117
L’ordine Bifidobacteriales 117
22 I protisti
22.1
22.2
22.3
22.4
22.5
119
Distribuzione 119
Nutrizione 120
Morfologia 121
Incistamento ed excistamento
Riproduzione 122
122
105
I cicli biogeochimici.
Introduzione all’ecologia microbica
147
155
Fondamenti di diversità
e di ecologia microbica 155
■ Diversità ed ecologia microbica 24.1:
L’ecologia microbica in confronto
alla microbiologia ambientale 156
24.2
I cicli biogeochimici 156
24.3
L’ambiente fisico 166
24.4
L’ecologia microbica
e i suoi metodi: una panoramica 170
25
20 I batteri: i Gram-positivi con basso G + C 89
141
Distribuzione 141
Importanza 142
Struttura 143
Nutrizione e metabolismo 145
Riproduzione 145
Caratteristiche delle divisioni fungine
24.1
19 I batteri: i proteobatteri 61
19.1
La classe Alphaproteobacteria 62
19.2
La classe Betaproteobacteria 69
19.3
La classe Gammaproteobacteria 72
■ Diversità ed ecologia microbica 19.1:
Bioluminescenza batterica 79
19.4
La classe Deltaproteobacteria 82
19.5
La classe Epsilonproteobacteria 87
vii
I microrganismi negli ambienti marini
e di acqua dolce 177
25.1
Gli ambienti marini e di acqua dolce 177
■ Malattie 25.1: Nuovi agenti in medicina. Il mare come
nuova frontiera 178
25.2
Gli adattamenti microbici agli ambienti marini
e di acqua dolce 181
25.3
I microrganismi negli ambienti marini 183
25.4
Microrganismi negli ambienti di acqua dolce 192
26 Le comunità microbiche negli ambienti terrestri 197
26.1
I suoli come ambiente per i microrganismi 197
26.2
Suoli, piante e nutrienti 199
■ Recenti sviluppi della microbiologia 26.1:
Un esperimento casuale sull’azoto
su scala globale 201
26.3
I microrganismi nell’ambiente suolo 202
26.4
I microrganismi e la formazione
di diversi tipi di suolo 203
26.5
Associazioni dei microrganismi
del suolo con le piante vascolari 206
■ Diversità ed ecologia microbica 26.2: Le micorrize
e l’evoluzione delle piante vascolari 208
26.6
I microrganismi nel suolo e nell’atmosfera 218
■ Diversità ed ecologia microbica 26.3: Suoli, termiti,
microrganismi intestinali e metano atmosferico 219
■ Tecniche e applicazioni 26.4: Come mantenere
salubre l’aria degli ambienti interni
con i microrganismi del suolo 220
26.7
La biosfera sotterranea 221
26.8
Microrganismi del suolo e salute umana 223
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Indice
27 Interazioni microbiche
Crediti
225
27.1
Interazioni microbiche 225
■ Diversità ed ecologia microbica 27.1: Wolbachia
pipientis: il microrganismo più infettivo
del mondo? 228
■ Diversità ed ecologia microbica 27.2: Coevoluzione
di animali e delle comunità microbiche
del loro tratto intestinale 233
27.2
Interazioni uomo-microrganismo 241
27.3
Microbioti normali del corpo umano 242
■ Tecniche e applicazioni 27.3: Probiotici per uomini
e animali 246
28
Microbiologia degli alimenti
249
28.1
Proliferazione microbica negli alimenti 250
28.2
Crescita microbica e deterioramento alimentare 252
28.3
Controllo del deterioramento alimentare 254
■ Nota storica 28.1: Un esercito in marcia visto
dal suo stomaco 256
28.4
Malattie a trasmissione alimentare 258
■ Nota storica 28.2: Febbre tifoide
e carne in scatola 259
28.5
Identificazione dei microrganismi patogeni
trasmessi per via alimentare 261
28.6
Microbiologia degli alimenti fermentati 262
■ Tecniche e applicazioni 28.3: Colture starter,
infezioni da batteriofagi e plasmidi 263
28.7
Microrganismi come alimenti e integratori alimentari 269
29
Microbiologia e biotecnologie industriali
273
29.1
Potabilizzazione e analisi microbiologica dell’acqua 274
■ Tecniche e applicazioni 29.1: Malattie di origine
idrica, forniture idriche e filtrazione
lenta a sabbia 275
29.2
Trattamento delle acque reflue 278
29.3
Selezione dei microrganismi adatti per la
microbiologia e le biotecnologie industriali 284
■ Tecniche e applicazioni 29.2: Le potenzialità
degli archeobatteri termofili
nelle biotecnologie 285
29.4
Crescita dei microrganismi in ambienti controllati 291
29.5
Principali prodotti della microbiologia industriale 294
29.6
La crescita microbica in ambienti naturali complessi 299
■ Diversità ed ecologia microbica 29.3:
I metanogeni: un nuovo ruolo per un gruppo
microbico unico 302
■ Diversità ed ecologia microbica 29.4: Un fungo
dall’appetito insaziabile 305
29.7
Applicazioni di biotecnologia 306
■ Tecniche e applicazioni 29.5: Biotecnologia
e legame streptavidina-biotina 307
29.8
Effetti delle biotecnologie microbiche 309
Appendice A Classificazione dei procarioti secondo il Bergey’s
Manual of Systematic Bacteriology, seconda edizione A-1
Appendice B Classificazione dei virus
Bibliografia
Glossario
B-1
G-1
A-12
C-1
Indice analitico
I-1
Volume 3 Microbiologia medica
30 Immunità aspecifica (innata) 1
30.1
30.2
30.3
30.4
30.5
30.6
Stato di resistenza dell’ospite: visione d’insieme 1
Cellule, tessuti e organi del sistema immunitario 2
Fagocitosi 9
Infiammazione 13
Barriere fisiche nella resistenza aspecifica (innata) 15
Mediatori chimici nella resistenza aspecifica (innata) 20
31 Immunità specifica (acquisita) 31
31.1
Immunità specifica (acquisita): visione d’insieme 32
31.2
Antigeni 32
31.3
Forme di immunità specifica (adattativa) 35
31.4
Riconoscimento di materiale estraneo 36
■ Tecniche e applicazioni 31.1:
Selezione di donatori per trapianti d’organo e di
tessuto 37
31.5
Biologia dei linfociti T 39
31.6
Biologia dei linfociti B 45
31.7
Anticorpi 48
31.8
Funzione degli anticorpi 58
■ Tecniche e applicazioni 31.2:
Anticorpi monoclonali 59
31.9
Sintesi: il ruolo degli anticorpi e dei linfociti
nella difesa immunitaria 61
31.10 Immunotolleranza acquisita 62
31.11 Disordini immunitari 62
32 Patogenicità dei microrganismi
73
32.1
Relazioni ospite-parassita 73
32.2
Patogenesi delle malattie virali 76
32.3
Patogenesi delle malattie batteriche 78
32.4
Difese antimicrobiche dell’ospite 88
■ Tecniche e applicazioni 32.1:
Rilevazione e rimozione delle endotossine
32.5
Meccanismi microbici per sfuggire
alle difese dell’ospite 90
33 Chemioterapia antimicrobica
89
93
33.1
Lo sviluppo della chemioterapia 93
33.2
Caratteristiche generali dei farmaci antimicrobici 94
■ Tecniche e applicazioni 33.1: Utilizzo degli
antibiotici nella ricerca microbiologica 95
33.3
Determinazione del livello di attività antimicrobica 96
33.4
Meccanismi di azione degli agenti antimicrobici 99
33.5
Fattori che influenzano l’efficacia dei farmaci
antimicrobici 100
33.6
I farmaci antibatterici 100
33.7
La farmacoresistenza 107
■ Malattie 33.2: Uso scorretto degli antibiotici
e farmacoresistenza 108
33.8
I farmaci antifungini 110
33.9
I farmaci antivirali 112
33.10 I farmaci antiprotozoari 113
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Indice
34 Microbiologia e immunologia clinica
117
34.1
Campioni 117
■ Tecniche e applicazioni 34.1: Regole pratiche standard
per laboratori di microbiologia clinica 119
34.2
Identificazione dei microrganismi
all’interno dei campioni 122
■ Diversità ed ecologia microbica 34.2:
Biosensori: il futuro è ora 123
34.3
Immunologia clinica 134
■ Tecniche e applicazioni 34.3: Storia e importanza
della sierotipizzazione 135
34.4
Analisi di sensibilità 141
34.5
L’informatica in microbiologia clinica 141
35 L’epidemiologia delle malattie infettive
■
143
Nota storica 35.1: John Snow: il primo
epidemiologo 144
35.1
Terminologia epidemiologica 144
35.2
Indici di frequenza: gli strumenti a disposizione degli
epidemiologi 145
35.3
Riconoscimento di una malattia infettiva
all’interno di una popolazione 146
35.4
Riconoscimento di un’epidemia 147
■ Nota storica 35.2: ”Mary tifoide“ 147
35.5
Il ciclo infettivo: storia di una malattia 149
■ Nota storica 35.3: Le prime segnalazioni
di diffusione di una malattia infettiva
da persona a persona 154
35.6
Virulenza e modalità di trasmissione 155
35.7
Malattie infettive e patogeni emergenti
e riemergenti 156
35.8
Controllo delle epidemie 159
■ Nota storica 35.4: Le prime immunizzazioni 160
35.9
Biodifesa: lotta e strategie contro il bioterrorismo 163
■ Nota storica 35.5: 1346: la prima documentazione
storica di un attentato terroristico biologico 164
35.10 Viaggi transcontinentali e considerazioni
di salute pubblica 166
35.11 Infezioni nosocomiali 167
36 Patologie umane causate da virus e prioni
ix
171
36.1
Malattie a trasmissione aerea 171
■ Malattie 36.1: La sindrome di Reye
e di Guillain-Barré 175
36.2
Malattie trasmesse da artropodi 182
■ Malattie 36.2: Febbri emorragiche virali:
una lezione di storia della microbiologia 183
36.3
Malattie trasmesse per contatto diretto 186
36.4
Malattie trasmesse per via alimentare e idrica 198
■ Nota storica 36.3: Breve storia della poliomielite 200
36.5
Zoonosi 201
36.6
Malattie da prioni 203
37 Patologie umane causate da batteri 207
37.1
Malattie a trasmissione aerea 208
37.2
Malattie trasmesse da artropodi 219
■ Nota storica 37.1: I rischi
della ricerca microbiologica 222
37.3
Malattie trasmesse per contatto diretto 225
■ Malattie 37.2: Biofilm 229
■ Malattie 37.3: Stafilococchi antibiotico-resistenti 232
■ Malattie 37.4: Breve storia della sifilide 232
37.4
Malattie trasmesse per via alimentare e idrica 238
■ Tecniche e applicazioni 37.5: Le tossine dei clostridi
come agenti terapeutici. I benefici derivanti dalle
proteine più tossiche presenti in natura 242
37.5
Sepsi e shock settico 247
37.6
Zoonosi 249
37.7
Infezioni dentali 252
38 Patologie umane causate da funghi e protozoi 257
38.1
Funghi e protozoi patogeni 257
38.2
Malattie trasmesse per via aerea 260
38.3
Malattie trasmesse da artropodi vettori 262
■ Malattie 38.1: Breve storia della malaria 263
38.4
Malattie trasmesse per contatto diretto 267
38.5
Malattie trasmesse per via alimentare e idrica 269
38.6
Malattie opportunistiche 274
■ Malattie 38.2: L’emergenza candidosi 275
Bibliografia
Glossario
Crediti
B-1
G-1
C-1
Indice analitico
I-1
