Corso di Microbiologiaintegrato con Igiene

Prof.ssaProf.ssa Stefania ContiStefania ContiDipartimento di Patologia e Medicina di Laboratorio, Sezione di Microbiologia

Viale Gramsci, 14 - 43100 Parmatel.: 0521-988877 o 988885

Fax: 0521-993620e-mail: stefania.conti@unipr.it

Ricevimento studentipresso Sezione di Microbiologiaprevio appuntamento telefonico

Obiettivi del corsoObiettivi del corsofornire le conoscenze fondamentali su:

batteri, miceti, protozoi e virus; interazioni ospite-parassita e meccanismi di induzione delle malattie da infezione; modalità d’azione ed utilizzazione dei principali farmaci antimicrobici ed antivirali; risposta dell’ospite alle infezioni e modalità di prevenzione delle malattie da infezione

Testo consigliatoTesto consigliato• P. Mazza, C. Dacarro. Microbiologia Farmaceutica.

Società Editrice Farmaceutica, Milano.Testi da consultareTesti da consultare

• Hugo-Russell. Microbiologia Farmaceutica. Editrice EMSI, Roma

• M. La Placa. Principi di Microbiologia Medica. Società Editrice Esculapio, Bologna.

Origine ed evoluzione della Microbiologia

Branca della Biologia che studia i microrganismi

micros (piccolo), bios (vita) e logos (parola)

Microrganismi organismi unicellulari invisibili ad occhio nudo, a

volte organizzati in aggregati pluricellulari senza differenziazione in tessuti od organi

I microrganismi sono coinvolti in importanti cicli della materia, trasformazioni geochimiche e processi

biologici

Regno dei PROTISTI (Ernst Haeckel, 1866)Protisti inferiori (procarioti)

Batteri e Cianobatteri (alghe blu-verdi)

Protisti superiori (eucarioti)Miceti (Funghi) e Protozoi

Classificazione in Regni degli organismi viventi

• Monera• Funghi• Protisti• Piante• Animali

Ernst H. Haeckel(1834-1919)

Caratteristiche dei microrganismi

MoneraOrganismi unicellulari procarioti (nucleo primitivo) a riproduzione asessuata, chemiosintetici, autotrofi od eterotrofi (Batteri)

ProtistiOrganismi unicellulari eucarioti (nucleo organizzato) a riproduzione sessuata e/o asessuata, eterotrofi o fototrofi (Protozoi ed alghe)

FunghiOrganismi unicellulari o pluricellulari, senza differenziazione tessutale, a riproduzione sessuata e/o asessuata, eterotrofi (Funghi macroscopici e microscopici)

I virus• Entità biologiche subcellulari• Parassiti endocellulari obbligati• Possiedono un solo tipo di acido nucleico (DNA o

RNA)• Hanno dimensioni piccolissime (sono filtrabili)• Possiedono un involucro proteico (capside) e, a

volte, un involucro lipoproteico (pericapside o peplos)

• Presentano in superficie strutture proteiche (antirecettori) che si attaccano a specifici recettori della cellula bersaglio

Storia della Terra ed età dei microrganismiOrigine della vita Aerobi Eucarioti

⇓ ⇓ ⇓Formazione Comparsa dell’ossigeno Mammiferidella Terra nell’atmosfera Dinosauri⇓ ⇓ ⇓

EVOLUZIONE CHIMICA

DELLA TERRA E DELLE FORME

PRE-PROCARIOTE

ETA’ DEI MICRORGANISMI ETA’ DEIMETAZOI

4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

L’età dei microrganismi si estese per circa 3 miliardi di anni (microfossilidi cellule procariotiche sono stati ritrovati in depositi risalenti a quel periodo); cellule più semplici devono averli preceduti (4,5 miliardi di anni). Per circa 2 miliardi di anni i microrganismi procarioti hanno rappresentato l’unica forma di vita sulla Terra. I primissimi fossili di eucarioti risalgono a solo un miliardo e 300 milioni di anni fa.

Principali caratteristiche di eucarioti e procarioti

Probabile origine degli organismi eucarioti e

procarioti da un progenotacomune

Teoria Teoria endosimbionticaendosimbionticaCloroplasto

batterio endosimbionte fotosintetico

Mitocondriobatterio endosimbionte aerobio

Flagellospirocheta endosimbionte

• Lucrezio (96?-55 a.C.): “De Rerum natura”- trasmissione delle malattie attraverso "semi"

• Fracastoro (1478-1553): “De contagione”- contagio attraverso “seminaria": nascita dell'Epidemiologia

• Antonie vanLeeuwenhoek(1632-1723)- 1677: osservazione diretta di “animalcules”mediante un microscopio

considerato lo scopritore dei batteri

Evoluzione della Microbiologia

Evoluzione della Microbiologia• Spallanzani (1729-1799) introduce l’uso dei terreni di

coltura sterili confutando la teoria della generazione spontanea• Hunter dimostra la trasmissibilità di malattie da infezione

(1750)• Jenner introduce la vaccinazione antivaiolosa (1798)• Appert dimostra che è possibile conservare i cibi in

contenitori a chiusura ermetica sottoponendoli a trattamenti termici

• Bassi dimostra sperimentalmente l’eziologia fungina di una malattia (del baco da seta) (1836)

• Lister applica la pratica dell’asepsi in chirurgia, introduce la sterilizzazione degli strumenti chirurgici, la disinfezione degli ambienti e l’uso di materiale da medicazione sterile (1867)

Louis Pasteur (1822-1895) Robert Koch (1843-1910)

Evoluzione della Microbiologia

• PasteurPasteur dimostra che la fermentazione dell'acido lattico è dovuta a un microrganismo (1857) e confuta definitivamente la teoria della generazione spontanea (con l’ulteriore conferma da parte di Tyndallnel 1877), inoltre sviluppa la pratica della vaccinazione nei confronti di diverse malattie da infezione (1875, vaccinazione antirabbica)

• KochKoch studia il ruolo eziologico dei batteri nelle malattie- 1876: Bacillus anthracis agente del carbonchio- 1882: scoperta del bacillo della tubercolosi- 1884: postulati di Koch - terreni di coltura agarizzati

Evoluzione della Microbiologia•• PetriPetri (1877) propone l'utilizzazione di terreni in piastre•• GramGram (1884) sviluppa il suo metodo di colorazione dei batteri•• ChamberlandChamberland (1884) inventore dell'autoclave

- allestisce un filtro per batteri scoperta dei virus •• IvanowskyIvanowsky (1892) dimostra l'eziologia virale del mosaico del tabacco

Fine '800 - primi '900: identificazione di molti batteri e virus patogeni

•• AlexanderAlexander FlemingFleming scopre la penicillina (19291929)• scoperta dei sulfamidici (1935)•• BeadleBeadle e TatumTatum (1941): formulano l’ipotesi un gene-un enzima•• AveryAvery (1944) riconosce il DNA depositario dell'informazione genetica•• WatsonWatson e e CrickCrick (1953) propongono la struttura a doppia elica del DNA•• JacobJacob e e MonodMonod (1961) propongono l'operone nella regolazione genica

Principali agenti eziologici di malattie umane scoperti durante l’ “Età d’oro” della Microbiologia (1879-1900)

MALATTIA

GonorreaMalaria

Febbre tifoidePolmonite

TubercolosiColera

DifteriteTetanoDiarrea

Febbre ondulanteGangrena gassosa

PesteBotulismoDissenteria

AGENTE EZIOLOGICO

Neisseria gonorrhoeaePlasmodium

Salmonella typhiStreptococcus pneumoniaeMycobacterium tuberculosis

Vibrio choleraeCorynebacterium diphteriae

Clostridium tetaniEscherichia coli

BrucellaClostridium perfringens

Yersinia pestisClostridium botulinumShigella dysenteriae

SCOPRITORE

A. NeisserC. Liveran; R. Ross

K. EberthL. Pasteur, G. Sternberg

R. KochR. Koch

E. Klebs, F. LoefflerA. NicolaierT. Escherich

D. BruceW. Welch, G.H. NuttalS. Kitasato, A. Yersin

E. ErmengemK. Shiga

DATA

18791880188018811882188318831884188518871892189418961898

Campi di interesse e settori della Microbiologia

Microbiologia Microbiologia Microbiologiamedica agraria farmaceutica

ed industriale

Microbiologiaambientale

Genetica dei Biologia molecolare microrganismi (DNA ricombinante)

Microbiologia Medica

• Immunologia• Igiene• Patologia Generale• Infettivologia• Farmacologia• Qualsiasi disciplina

medica o chirurgica che presenti problemi correlati alle infezioni

• Batteriologia• Micologia• Parassitologia• Virologia

Dimensioni relative di

microrganismi e virus

lunghezzaSaprosphira 500 µm Batterio

Ameba gigante 1 mm Protozoo

Paramecium 300 µm Protozoo

Chlamydomonas 25 µm Alga

Plasmodio malaria 15 µm Protozoo

Lievito (S.cerevisiae) 10 µm Fungo

Treponema pallidum 10 µm Batterio

Escherichia coli 3 µm Batterio

Mycoplasma 0,2 µm Batterio

nanometri

Limiti di risoluzione dei microscopi

Le dimensioni sono indicate su una scala logaritmica (ciascuna divisione maggiore equivale a un cambiamento di dimensioni pari a dieci volte).A destra della scala sono riportate le dimensioni approssimative delle cellule, dei batteri, dei virus, delle molecole e degli atomi.

Principali caratteristiche dei vari tipi di microscopi

Microscopio ottico in campo chiaro (binoculare)

Microscopio a fluorescenza

Microscopio elettronico a trasmissione

Il generatore del fascio di elettroni è situato all’estremità superiore della colonna centrale, mentre le lenti elettomagnetriche sono all’interno della colonna. L’immagine proiettata sullo schermo fluorescente può essere osservata attraverso un amplificatore di immagine posizionato sopra l’apertura per l’osservazione. La fotocamera è collocata in un compartimento al di sotto dello schermo.

Aspetti morfologici dei procariotiforma e disposizione delle cellule

dimensioni: da 0,1-0,2 a diversi micron

Batteri osservati al microscopio elettronico a scansione

Osservazione microscopicaOsservazione "a fresco":

possibile con ingrandimenti non superiori a 400×Coloranti

sostanze organiche con un gruppo cromoforole cellule batteriche devono essere uccise ("fissate")

- Coloranti acidi o anionici (es. eosina, fucsina acida) Affinità per strutture cellulari cariche positivamente

- Coloranti basici o cationici (es. blu di metilene, cristalvioletto)Affinità per strutture cellulari cariche negativamente

- Coloranti fluorescenti (es. arancio di acridina, fluoresceina)Si intercalano al DNA (osservazione con raggi UV)

Mordenzanti(es. acido fenico, soluzione iodio-iodurata di Lugol)

facilitano la fissazione del colorante

ColorazioniColorazioni semplici

un solo colorante (es. blu di metilene)

Colorazioni complesse differenzialidiversi coloranti

differenziano batteri diversi o strutture battericheGram

Ziehl-Neelsen

Colorazioni negativecellule vive, colorante di fondo (es. inchiostro di china)

Colorazioni con metalli pesanti (es. sali di Osmio, M.E.)

Colorazioni sempliciBatteri: aspetti microscopici

Blu di metilenestriscio di feci con granulociti

e Campylobacter

Blu di metileneCorynebacterium xerosis

immunofluorescenza indiretta - Ab marcato con fluoresceina

(Clostridium septicum)- Ab marcato con rodamina

(C. chauvoei)

Blu di metileneStafilococchi

fluorescenza diretta(fluoresceina, rodamina,

auramina) M. tuberculosis

arancio di acridina(bastoncino)

Colorazioni negativeBatteri: aspetti microscopici

nigrosinaE. coli

nigrosinaC. tetani

inchiostro di chinabatterio capsulato

La colorazione di Gram

Colorazioni complesseBatteri: aspetti microscopici

↓

colorazione metacromaticaCorinebatteri

(granuli volutina)

impregnazioneargentica

Spirochete (spire e uncini

terminali)

Ziehl-NeelsenMycobacterium

tuberculosis(escreato)