Bibliografia
COPIA DELLE DIAPOSITIVE IN FORMATO PDF
è disponibile al sito http://users.unimi.it/biofilms
http://www.bact.wisc.edu/microtextbook/
Cap. 1. Classification and phylogeny
Cap. 2. The Structure of Procaryotes (Structure and Function)
Cap. 3. Nutrition and Growth of Bacteria
seguendo il percorso:
→ Didattica
→ Introduzione alla Biologia della Cellula
Al momento il sito contiene in parte materiale dell'anno scorso che sarà poi
sostituito con quello aggiornato
E' POSSIBILE ACCEDERE A INTERNET DALL'AULA DI CALCOLO
(VIA CELORIA 26, CORPO D, AULA 1)
Introduzione alla Biologia della Cellula – parte II
A- LA CELLULA PROCARIOTE (BATTERI E ARCHEA)
B- CRESCITA E RIPRODUZIONE CELLULARE IN
PROCARIOTI ED EUCARIOTI
“DIVISIONE BINARIA” (PROCARIOTI)
CICLO CELLULARE (EUCARIOTI)
MITOSI
RIPRODUZIONE SESSUALE E MEIOSI
Polsinelli, M., M. De Felice, A. Galizzi, E. Galli, G. Mastromei, P. Mazza,
G. Viale: Microbiologia. Bollati Boringhieri, Torino, 1993, Nuova
edizione.
Cap. 1, 2 (La cellula dei procarioti), 3, 7, 12 (I virus)
Brock, T.D., Madigan, M.T., Martinko, J.M., and Parker, J.:
MICROBIOLOGIA. Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2003 (10 ed.
inglese). Cap. 1, 2, 4, 6, 9 (I virus).
Perry, J. J., Staley, J. T., Lory, S.: MICROBIOLOGIA. Zanichelli,
Bologna, 2004. Cap. 1-6
In questa lezione:
Esaminiamo brevemente
- come è iniziato lo studio dei microrganismi
- le conseguenze teoriche e pratiche più rilevanti
che ne sono derivate
Introduciamo la nozione di:
- organismi unicellulari (o microrganismi)
- procarioti
- batteri
- archei
1
Solo un esempio (“ultimo” in ordine di
tempo) dell’importanza dei microrganismi
LA MICROBIOLOGIA
SI OCCUPA DI “ORGANISMI MICROSCOPICI”
PROCARIOTI
EUCARIOTI
MA ANCHE DI VIRUS
Premio Nobel assegnato a Berry Marshall e a J. Robin Warren nel 2005
I CONTRIBUTI DELLA MICROBIOLOGIA
(in ordine di comparsa)
- CAPIRE IL FENOMENO DELLA VITA
- USARE I MICRORGANISMI A PROPRIO VANTAGGIO
- DIFENDERSI DAI MICRORGANISMI DANNOSI
- CAPIRE I RAPPORTI TRA ORGANISMI
E TRA MONDO “VIVENTE” E “NON VIVENTE”
- ….
I microbi: nemici o amici?
• I microrganismi sono responsabili di gran parte della
produzione di O2 sulla terra
• Come simbionti di eucarioti superiori (piante, animali)
ne garantiscono la sopravvivenza tramite produzione di
vitamine e fattori di crescita
• Degradano sostanze inquinanti complesse
Ma…..
• I microrganismi patogeni sono tuttora la prima causa di
morte per l’umanità
2
Le epidemie hanno marcato in maniera
indelebile la storia e la cultura umana
Il “medico della peste”
Sec. XIV-XVI
LA “MICROBIOLOGIA CONSAPEVOLE”
NASCE DOPO L’INVENZIONE DEL
MICROSCOPIO OTTICO
La peste in tempi più recenti
I MICRORGANISMI:
NON SONO VISIBILI AD OCCHIO NUDO
SONO NUMEROSISSIMI (COME NUMERO DI INDIVIDUI)
SONO NUMEROSISSIMI (COME NUMERO DI SPECIE)
STANNO PRATICAMENTE OVUNQUE
L’importanza della microbiologia come scienza viene dal
riconoscimento del ruolo dei microrganismi come agenti
patogeni e nel campo delle “fermentazioni” (trasformazioni di
substrati biologici)
I batteri (microrganismi) ne sono la causa o l’effetto?
Antony van Leeuwenhoek (1632-1723)
3
Il concetto di igiene: un punto cruciale
per lo sviluppo della microbiologia
“moderna”
• Semmelweiss a Vienna e Lister in GB arrivano
in maniera indipendente alle medesime
conclusioni: il mantenimento di alti standard di
igiene è una condizione necessaria per i pazienti
in un contesto ospedaliero
Il caso della “clinica della morte”: la
“febbre puerperale” nella Vienna dell’800
• Il reparto di ostetricia della clinica universitaria di
Vienna ha un alto tasso di mortalità tra le puerpere
(a tratti >30%)
• Molto più alta che non i casi riscontrati nei parti in
presenza di levatrici
• Semmelweiss arriva a mettere in relazione l’alta %
di morti con la mancanza di disinfezione delle mani
dei medici.
• In GB, Lister impone la sterilizzazione con
soluzioni clorurate per i medici come routine
Il contrasto tra chi asserisce che i batteri sono
la causa delle malattie e delle fermentazioni e
chi pensa che ne siano l’effetto raggiunge il
suo culmine alla fine dell’800……………..
4
LA TEORIA DELLA
GENERAZIONE SPONTANEA
DELLE FORME VIVENTI
VIENE SMANTELLATA
LAZZARO
SPALLANZANI
(1729-1799)
LA TEORIA DELLA
GENERAZIONE SPONTANEA
DELLE FORME VIVENTI
VIENE SMANTELLATA
LOUIS PASTEUR
(1822-1895)
5
LE FERMENTAZIONI SONO
OPERA DI MICRORGANISMI
MALATTIE DI ANIMALI E UOMINI
POSSONO ESSERE CAUSATE DA
MICRORGANISMI
(vedi Koch)
MICRORGANISMI “ATTENUATI”
POSSONO ESSERE USATI PER
“VACCINARE”
Louis Pasteur (1822-1895)
I “POSTULATI” DI KOCH (1881)
Bacillus anthracis
Un microrganismo, il Bacillus anthracis,
è l’agente eziologico del carbonchio
Robert Koch (1843-1910)
1. L’agente causale deve essere presente in tutti i casi della
malattia di cui è ritenuto responsabile, e deve essere
assente negli individui sani.
2. L’agente causale deve essere isolato dall’individuo
affetto e, posto in coltura, deve dare origine a una
popolazione cellulare omogenea.
3. L’inoculo di una coltura pura dell’agente causale in
individui sani deve dar luogo alla comparsa della
malattia di cui è ritenuto responsabile.
4. L’agente causale può essere reisolato dall’organismo
infettato sperimentalmente.
Premio Nobel per la Medicina (1905)
6
L’ERA MOLECOLARE
1941- George Beadle e Edward Tatum:
genetica del fungo Neurospora crassa.
Teoria: un gene-un enzima.
Sergei Winogradsky
Martinus Beijerinck
1943- Salvador Luria Max Delbruck:
mutanti batterici.
Genetica e darwinismo entrano nel mondo dei batteri.
MICRORGANISMI E AMBIENTE
COMUNITA’ DI MICRORGANISMI
INTERAZIONI MICRORGANISMI E ALTRI ORGANISMI
CICLI BIOGEOCHIMICI
1944- Oswald Avery, Colin MacLeod, e Maclyn McCarty:
un batterio viene “trasformato” con DNA puro.
Nasce la Biologia Molecolare
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/index.html
CELLULA EUCARIOTE VEGETALE
CELLULA EUCARIOTE ANIMALE
1973- Stanley Cohen e Herbert Boyer:
viene “costruita” in vitro una molecola di DNA che capace
di “funzionare” se reintrodotta in un battterio.
Nasce l’ingegneria genetica.
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/index.html
7
CELLULA EUCARIOTE e PROCARIOTE
CELLULA PROCARIOTE
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/index.html
Organismi eucarioti: pluricellulari e unicellulari
SIA
ORGANISMI PROCARIOTI
ORGANISMI PLURICELLULARI
ANIMALI
PIANTE
….
SIA
ORGANISMI UNICELLULARI
PROTOZOI
*FUNGHI
*ALGHE
*MUFFE
*LIEVITI
….
BATTERI (Bacteria)
ARCHEI (Archaea)
•
Per lo più unicellulari, ma non mancano notevoli esempi di
procarioti che vivono in associazioni pluricellulari
•
Spesso il termine “batteri” è usato (impropriamente) per indicare
“procarioti”, sia Bacteria che Archaea
SONO COSTITUITI DA CELLULE EUCARIOTI
8
ALCUNE CLASSIFICAZIONI "GLOBALI" DEGLI
ORGANISMI VIVENTI
PROCARIOTI
Eukarya
"Bacteria", “Batteri”
E UNICELLULARI
(Protista,
microrganismi eucarioti)
tempo(Gy)
Bacteria
EUCARIOTI
PLURICELLULARI
0
Archaea
Eukarya, Archaea, Bacteria
HA LA PRETESA DI RAPPRESENTARE UNA
CLASSIFICAZIONE NATURALE
E DI INDICARE LE
UNICELLULARI
RELAZIONI FILOGENETICHE
(Monera,
microrganismi procarioti)
DEI TRE GRUPPI
(E ANCHE PLURICELLULARI)
¾ Gli organismi viventi differiscono tra
loro.
¾ Omnis cellula e cellula,
omne vivum e vivo:
ogni organismo vivente deriva da un
altro (o due altri) organismi.
¾ Gli organismi attuali differiscono da
quelli che esistevano tempo fa.
¾ Gli organismi attuali derivano da
organismi diversi da quelli che
conosciamo.
¾ E’possibile ricostruire una filogenesi.
¾ Gli organismi viventi differiscono tra
loro.
¾ Omnis cellula e cellula,
omne vivum e vivo:
ogni organismo vivente deriva da un
altro (o due altri) organismi.
¾ Gli organismi attuali differiscono da
quelli che esistevano tempo fa.
¾ Gli organismi attuali derivano da
organismi diversi da quelli che
conosciamo.
¾ E’possibile ricostruire una filogenesi.
0
tempo(Gy)
Eukarya
Il raggruppamento in
LUCA
3.5
3.5
¾ L’unitarietà del mondo vivente fa
ritenere che tutti gli organismi attuali
derivino da un progenitore comune.
Last Universal
Common Ancestor
9
ORGANISMI VIVENTI
EUCARIOTI
PLURICELLULARI
EUKARYA
UNICELLULARI
Albero filogenetico universale
PROCARIOTI
BACTERIA
ARCHAEA
UNICELLULARI
CELLULE
CELLULE
EU- CARIOTE
PRO- CARIOTE
Le DIFFERENZE riguardano :
Nucleo (membrana nucleare, cromosomi …)
Altri organelli delimitati da membrana:
Mitocondrio, Cloroplasto,
Apparato di Golgi,
Reticolo endoplasmatico ...
Meccanismi di divisione cellulare
Parete cellulare
Membrana cellulare
Apparato per la replicazione del DNA
Apparato per la trascrizione
Apparato per la traduzione (ribosomi …)
….
Procarioti ed Eucarioti condividono le proprietà
fondamentali
Strutturali – Biochimiche - Funzionali
degli organismi viventi
Differenziamento
Comunicazione
IDENTITÀ
("SELF")
mutazione
Motilità
mutazione e
selezione
“metabolismo”
RIPRODUZIONE
EVOLUZIONE
selezione
10
Bacteria (versus Archaea)
• Gruppo più numeroso
• Includono i procarioti più importanti dal punti di
vista medico
• (Relativamente) poche specie vivono in “ambienti
estremi”
• Nessuna specie nota produce metano
• Includono tutte le specie procarioti note che fanno
fotosintesi (Cianobatteri, batteri “verdi”, alcuni
gruppi di batteri “rossi”)
•…
• Importanti dettagli molecolari (composizione della
membrana citoplasmatica e della parete, apparato
trascrizionale e traduzionale)
11
