I +.- riltare 8.1 La riProduzione dei batteri 8.2 La crescita batterica 8.3 La curva di crescita ci si riferisce non Qrando si parla di crescita batterica come all'aumento delle dimensioni cellulari che' dei mkrorganisi può facilmente immaginare, nel caso tÀto al-l'aumen- smi rimane semPre molto limitato, quanto Lo to numerico della popolazione nel suo complesso' ,rfrppo d"li" popol",ioni microbiche' in presenza di essere molto veloce' al punto f"rro."rolr, .orrdiiio.ri Poò grande di da dare origine a un mrmero incredibilmente necestempo il individui nel giro di poche ore' In media (tempo di sario per l" dirisio.re di una cellula batterica di generazione) richiede da 1 a 3 ore, ma in condizioni Con quef"rr"o."roli aE. colisono sufEcienti 20 minuti' può ragsto ritmo di crescita la popolazione batterica di individui' giungere nel giro òtZ4 ore molti miliardi controllate' nei for"Lo è quanto awiene, in condizioni dei microrgacoltura la lÀoratori ài microbiologia per nismi. 8.1 La riProduzione dei batteri le modalità di riI procarioti adottano la pitr semplice-fra zotate Alcuni batpiod.rriòrre asessuale: la scissione binaria' 't"ri al pari porro.ro riprodurii anéhe per §emmazione' come dei iieviti, o arrche attraverso spore riproduttive' che' se nel caso degli Streptomiceti' Occorre precisare ha pro- rlla sin- nellecelluleeucarioticheladivisionecellulareprevede "aPParato mitotico" f intervento di un vero e proprio è (centrioli, fibrille del fuso ecc'), niente di tutto questo presente nei batteri. ^il p.o."rro di scissione binaria si svolge in tappe succesMicroscopy' lnc Staphylococcus aureus (@ Dennis Kunkel ) sivql . estensione della parete cellulare e allungamento del- & Ri PRCDilZ;*i.'ì [ E CATSClTA =ATTER!CA DNA la cellula con sintesi di nuovo materiale citoplasma- tico '!.ì duplicazione del cromosoma batterico, ancorato alla membrana citoplasmatica. La duplicazione del -*=tL--. ffi -& W' v cromosoma comporta anche quella del sito di attacco, per cui i due cromosomi, con l'allontanamento progressivo dei due siti di attacco, si troveranno alla fine del processo dislocati ognuno in ciascuna delie due cellule figlie. La forma circolare del cromosoma batterico comporta una maggiore complessità nel meccanismo di srotolamento e riarrotolamento, rispetto al DNA lineare degli eucarioti. I1 DNA di E. coli, tna volta despiralizzato, risulta almeno 1000 volte piu lungo della cellula che 1o contiene (, . ;'lr. ; ): la sua compattazione è opera dell'enzima topoisomerasi II (DNA girasi). La duplicazione del DNA I batterico inizia percio con la sua despiralizzazione, quindi le due eliche si separano progressivamente a iniziare da1 punto di ancoraggio a1la membrana citoplasmatica. Poiché i1 cromosoma ha forma circolare, le forcelle di replicazione in questo caso procedono in direzioni opposte, fino a incontrarsi alla fine de1 processo, quando un nuova copia del cromosoma sarà stata sintetizzata (vedi cap. 5, i:,,.;t.iit :,. , )' Lin- tervento dell'enzima DNA-polimerasi permette la copia di nuove eliche complementari sullo stampo delle vecchie, formando in sequenza due molecole di DNA ciascuna delle quali risulta composta da un filamento vecchio e da uno nuovo (duplicazione semiconservativa) progressiva formazione di un setto trasversale di separazione che trae origine dalla membrana cellulare completamento del processo con formazione del setto di parete cellulare e definitiva separazione delle i::i13,.::: ...: DNA svolto, Microfolografra d filamenti di DNA rilasciat da una cellula batterica in seguito a lisì. Si not a lunghezza di tali filamenti, che puo arrivare anche a piu di 1000 volte la Iunghezza della cellula. É4 Duolcaziore det'DNA ,/- l-E-=,-, o c o .N 6 o C o o G c l ffi & Arungamento della cellula Formaz one del se'lto di divisione cellulare v ,G.5:l_) -{*'-;0--*- m & w _--ai..''*.a .-:.=---. Comoletamento del setto con àivisione cellu,are H c§-.-- & / oivisione oelle due cellule tiglie Divisione cellulare. Riproduzione del processo di dìvisione binaria in un batterio bastoncellare. due cellule, ciascuna contenente una copia del DNA originario (,:---':;: i .t). *.3 La crescita batterica Le ripetute e rapide divisioni cui vanno incontro le ce1lule batteriche danno ben presto origine a una progenie numericamente assai consistente, anche partendo da poche cellule iniziali. In questo modo si formano Ie co- lonie batteriche, aggregati di milioni o miliardi di individui tutti uguali fra di loro, e tutti uguali alla cellula madre da cui derivano. Vale la pena ricordare che questa omogeneità è la conseguenza di una riproduzione di tipo asessuale, per cui non si dovrebbero avere, all'interno di una popolazione batterica, fenomeni di variabilità genetica. Questo in realtà non è esatto, in quanto (oltre alle mutazioni spontanee o indotte) esistono meccanismi di scambio di geni anche fra i procarioti, rappresentati da coniugazione, trasformazione e trasduzione (vedi cap. 5). Con Ia formazione delle colonie i microrganismi, invisibili singolarmente se non con I'aiuto del microscopio, diventano visibili a occhio nudo almeno come associazioni di cellule (le colonie, appunto), di cui si possono agevolmente apprezzare caratteri macroscopici come -q É -:i*l=;i:::::.. liquidi (or,wiamente in questi ultimi in misura molto maggiore). Lincubazione del1e colture in termostato permette di fornire loro, oltre alla temperatura ottimale, anche un certo grado di umidità. È impottante ricordare che i microrganismi sono in grado di utilizzare esclusivamente 1'acqua libera, cioe que11a non impegnata in legami con altre sostanze. Qresto parametro, indicato anche come attività dell'acqua (a*= actiuity water) è di fondamentale importanza in microbiologia alimentare in quanto è un indice delle esigenze di acqua dei vari microrganismi, nonché della loro possibilità di soprawivenza negii alimenti pressione osmotica: 1a concentrazione dell'ambiente extracellulare condiziona la vita dei micror- ganismi come del resto quella di tutte le ce1lule. La maggior parte dei microrganismi si sviluppa in ambienti a concentrazione salina non superiore allo 0,8%; alcuni alofili (come gli stafilococchi) sopportano concentrazioni di NaCl fino al 7-8%. Se le ce1lule si tròvano in un ambiente a concentrazione di soluti maggiore di quella endocellulare (soluzione ipertonica) perdono acqua attraverso la membrana citoplasmatica e vanno incontro a plasmolisi. Ne consegue una importante applicazione pratica: 1'aqgiunta di sale o zucchero contrastata 1a crescita dei batteri negli alimenti (pesce sotto sale o marmellate sono due ottimi esempi). Non bisogr-ra dir-r-ienticar:e comunque che esistor-ro batteri in qradrr di resistere a concentrazioni sairi-ie molto aLte: sono g1i alofili estremi che non solo sopp..rtano, mà sPesso richiedono concentrazioni saline elevatissime (i batteri del IIar \Iortrr r-n-ono in un ambiente al 30% di Colonia batterica. Piastra con colonie singole, da cui , - :'itenere una coltura pura. . -ore e la forma, e che offrono ia materia prima Per - iurre le indagini di laboratorio per l'identilìcazione . ::lteri che 1e hanno prodotte ( ,, ,. t - ). lcndizioni per la crescita microbica velocità di riproduzione dei mi.: :ganismi sono condizionate da diversi fattori di tipo - nico e fisico, che devono essere mantenuti sotto con-. .ìo per garantire loro le condizioni ottimali di svilupquando si vogliono coltivare in laboratorio: é - .opralwivenza -\ sale \ disponibilità di sostanze nutritive: è necessa€--:. pH: la reazione del mezzo di coltura alla quale ,iil 1 e 1a , ia rio fornire ai microrganismi un ampio ventaglio di nutrienti in relazione alle loro esigenze. I terreni di coltura mettono a disposizione le sostanze nutritive n-raggior parte dei batteri può vivere è prossima alla di cui i batteri hanno bisogno, con una miscela di a scopo selettivo nei terreni di coltura impiegati per ingredienti bilanciata e studiata ln relazione alle esigenze nutrizionali delle specie microbiche che si intendono coltivare; accanto a batteri poco esigenti, ne esistono molti altri che richiedono terreni di coltura arricchiti con sostanze particolari e di alto valore nutritivo (vec{i *eheeia "!n ii=b*;'eieris" i: fine cepitr:!*) umidità: l'acqua è un elemento indispensabile per questi microrganismi. Batteri acidofili sono i lattobacilli, presenti in alcune mucose dell'uomo, che osta- neutralità.(pH 7). Muffe e lieviti però prediligono un pH acido (5-6), caratteristica che viene impiegata colano f ingresso di altri microrganismi mantenendo un pH ambientale per loro sfavorevole. Anche in microbiologia alimentare, l'acidità di molti alimentl è 4ff\ un fattore di inibizione per la crescita dei microrga- nismi e agisce come conservante (crauti, marinate, tutte le forme di vita. Le colture microbiche utiliz- \],§ sottaceti) . ossigeno: in relazione alle esigenze gassose i battezano I'acqua presente nei terreni di coltura solidi o §5 I RIPRODUZIONE E CRESCITA BATTERICA ri si possono distinguere in aer*q}! gb-bllgqlli (che richiedono ossi - termofili_esIIpmi, tra i 70 e i I I0 "C cu s, S u s, P y r o - psicrofiIi eqt{emr, 4L!q-presenza o meno dell'ossigeno) e anaerobi quali obbligati, pef i lq!§§gnzqdi ossigeno risulta tossica. Altri microrsanismi. come Der esemoio i lieviti, vengoro dgilflig§"oae"ofiIiJerché vivo aro ulfolob tra (PseudoalteG romonas haloplanktis, isolato nell'acqua marina in .= Antartico). q O Come si può notare, gli intervalli di temperatura si sowappongono parzialmente, a indicare che questi valori sono orientativi e non vanno considerati come limiti precisi e invalicabili. All'interno di ciascuno di questi intervalli è possibile indicare una temperatura ottimale di sviluppo (optimum), corrispondente a quella in cui i tempi di riproduzione sono piÌr brevi (tigura s.s). Per esempio una temperatura di incubazione d! 37 "C è rite- o "ar (Thermococ- di ctium) che comunque, anche se in minima quantità, deve sempre essere disponibile. 4gg!attgti*Ug&$scono un'atmosfera arricchita con una Dercen lca . La conoscenza delle esigenze gassose dei microrganismi è fondamentale in laboratorio dove è necessario utilizzare partico- E lari sistemi per le colture in anaerobiosi o in tensione di CO, . te{npelattula: . (iOPW,^ una puo uo gi già permettere di differendiflèren-ziare alcuni batteri termofili. oer i ouali la temoeratura ottimale di sviluppo è intorno ai 50 "C. U5.grgi"ir*i p*r"" vallo di temperatura all'interno del quale possono vivere e riprodursi. Possiamo distinguere (ti;*ra *.J): - microrganismipsicrofili, tra gli 0 e i 20 "C. Comprendono specie adattate alle basse temperature; si possono ritrovare anche nei fiigoriferi (Bacillus,' Flavobacterium) )- lqf§{qlgaqismi mesoGli, tra i ""/@onor) 15 e i 45 '§ (E. coli, I"d ' . una tempslsturx minirna al di sotto della quale non . riescono a metabolizzare e riprodursi un valore ottim:ale intorno al quale rip{od.uzlone e-. . @."-- 8.3 La curYa di crcscita ni particolari possiamo trovare microrganismi: {-:=i rrr ophilus). Sopra e sotto questi limiti che comprendono la stragrande maggioranza dei microrganismi, in habitat e situazio- ll -;-- una temperatura massima 4 4lqgprallg&_Eqqk assistiamo in senere alla morte delle cellule. - microrganismi ternrofili, tra_[ :[0 e i 65 'C (Bacillus stear other m -l f,,: La maggior parte dei batteri si riproducg in adatte condizioni ambientali e di disponibilità di nutrienti, in un S> i; Esrl - -Effi .L4 ffi fJursofiti--l & & w trr:.lle-:.r @ .d1.,_-: -r! Bacteia e Archaea IFTI qI 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Temperatura di crescita 1_:: LLr- -- FigErra fi,4 Classilicazione dèi battèd in base alla temperatura di crescita. ln figura vengono mostrate le temperature di crescita di eucarioti e procarioti. ln particolare, ì batteri vengono suddivisi, in base alle temperature ottimali di crescita, in psicrofili, mesofili, termofili, ipertermofili. 96 m; -; 5i E