8.1 La riProduzione dei batteri

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
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La maggior parte dei batteri si riproducg in adatte condizioni ambientali e di disponibilità di nutrienti, in un
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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