MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA

Porta AmaliaPorta AmaliaPorta AmaliaPorta Amalia

“GENERAZIONE SPONTANEA”Aristotele (384 -322 a.C.)

Solo verso la fine del Fine XIX sec. numerosi scienziati

indipendentemente, hanno sviluppato le varie discipline che

oggi vanno sotto il nome di MICROBIOLOGIA.

1668, Francesco Redi pubblicò

"Esperienze intorno alla

generazione degli Insetti”

"Omne vivum ex ovo"

"All life comes from an egg"

1668, Francesco Redi pubblicò

"Esperienze intorno alla

generazione degli Insetti”

"Omne vivum ex ovo"

"All life comes from an egg"

Nei barattoli chiusi non si sviluppava la vita perché

mancava l'aria Redi allora modificò il suo

esperimento…OK

Nei barattoli chiusi non si sviluppava la vita perché

mancava l'aria Redi allora modificò il suo

esperimento…OK

1675, Antoni van Leeuwenhoek

minuscoli organismibrodi, succhi

1675, Antoni van Leeuwenhoek

minuscoli organismibrodi, succhi

PURTROPPOPURTROPPO

1745, J.T. Needham, 1745, J.T. Needham,

brodo di pollo sterilizzato,

Messo in un contenitore sterile e chiuso

formazione di microbi

brodo di pollo sterilizzato,

Messo in un contenitore sterile e chiuso

formazione di microbi

1765, Lazzaro Spallanzani1765, Lazzaro Spallanzani

macchie scure

Uova

proveniente dall'aria

intrappolata nel contenitore

macchie scure

Uova

proveniente dall'aria

intrappolata nel contenitore

cambiate le qualità dell’aria incapace di originare la vitacambiate le qualità dell’aria incapace di originare la vita

LOUIS PASTEUR (1822-1895)Uno dei suoi meriti è quello di aver confutato definitivamente

la teoria della “GENERAZIONE SPONTANEA”Aristotele (384 -322 a.C.)

Verso la metà del XIX sec, L’Accademia Francese delle Scienze

destinò un premio

Verso la metà del XIX sec, L’Accademia Francese delle Scienze

destinò un premio

Il premio fu vinto nel 1864 Il premio fu vinto nel 1864

Fino al 1860 la dottrina dellagenerazione spontanea dei microbi era diffusamente

accettata.

Fino al 1860 la dottrina dellagenerazione spontanea dei microbi era diffusamente

accettata.

A partire dal 1859 1864 A partire dal 1859 1864

Fu il primo ad adottare i termini AEROBIO ed ANAEROBIO per descrivere gli effetti dell’aria sui microrganismi.

1885 Virus della rabbia dal midollo spinale di un coniglio morto di rabbia…inattivato…iniettato in un ragazzo ammalato…il ragazzo sopravvisse…

in suo onore nel 1886 costruirono

L’ISTITUTO PASTEUR a Parigi.

Fu il primo ad adottare i termini AEROBIO ed ANAEROBIO per descrivere gli effetti dell’aria sui microrganismi.

1885 Virus della rabbia dal midollo spinale di un coniglio morto di rabbia…inattivato…iniettato in un ragazzo ammalato…il ragazzo sopravvisse…

in suo onore nel 1886 costruirono

L’ISTITUTO PASTEUR a Parigi.

omne vivum ex vivoomne vivum ex vivo

Joseph Lister (1827-1912)Joseph Lister (1827-1912)Sterilizzava gli strumenti chirurgici

Utilizzò acido carbonilico, calore ecc….

Dimostrando indirettamente il coinvolgimento dei

microrganismi in alcune malattie

ROBERT KOCH (1843-1910)ROBERT KOCH (1843-1910)

confrontò l’efficacia dei vari antisettici chimici

Fili di seta con spore di antrace- soluzione antisettica -

Il percloruro di mercurio…distruggeva le spore anche a

diluizioni alte ed in breve tempo

confrontò l’efficacia dei vari antisettici chimici

Fili di seta con spore di antrace- soluzione antisettica -

Il percloruro di mercurio…distruggeva le spore anche a

diluizioni alte ed in breve tempo

L’obiettivo primario di Koch: isolare colture pure di batteri.

Microscopio: Microscopio: bove morto di antrace

Confermò la “TEORIA MICROBICA” Confermò la “TEORIA MICROBICA” delle malattie.delle malattie.

lunghi corpi cilindrici solo nei campioni degli animali infetti

Dedusse che i corpi cilindrici erano Agente causale del

CARBONCHIO

isolò Bacillus anthracis dal liquido ottenuto da un occhio di bue

infetto (attraverso passaggi successivi in un terreno liquido)

scheggia sterilizzata

Topo sano

malattia

1876, Disegni di Koch riproducenti Bacillus anthracis1876, Disegni di Koch riproducenti Bacillus anthracis

•Per ogni malattia deve essere presente un microrganismo specifico (non essere presente in altre malattie ne’ in individui sani).

•Il microrganismo sospetto può essere isolato in una coltura pura, al di fuori dell’ospite.

•Il microrganismo isolato, quando inoculato in un ospite suscettibile, deve riprodurre sintomi uguali a quelli osservati nell’ospite da cui è stato isolato.

•Il microrganismo può essere isolato in una coltura pura ottenuta dall’ospite infettato sperimentalmente.

POSTULATI di KOCH

Mycobacterium tuberculosis nello sputo di un paziente con tubercolosi. Colorazione per acido resistenza (acid fast stain).

Seguendo questi postulati, Koch nel 1884 dimostrò che la tubercolosi era dovuta a un‘infezione da Mycobacterium tuberculosis

eziologia multipla (una malattia, molti «determinanti»)

una stessa causa può indurre malattie differenti

un microrganismo che risponde ai postulati è la causa della malattiaun microrganismo che risponde ai postulati è la causa della malattia

PERO’Questo microrganismo è la sola e completa causa?

PERO’Questo microrganismo è la sola e completa causa?

LA TEORIA CELLULARE

I microscopistrumenti preziosi per studiare le cellule

Le prime osservazioni con i microscopi risalgono al XVII secolo

nel 1660 A. van Leeuwenhoek fece le prime osservazioni su cellule vive

verso la fine del secolo R. Hooke studiò gli strati della corteccia di quercia e diede il nome di “celle” alle strutture da lui osservate

Occorsero due secoli prima che gli studiosi

riuscissero ad andare al di là delle pure e

semplici osservazioni e comprendessero la

reale importanza delle cellule.

LA TEORIA CELLULARE

Unificò le conoscenze sulle cellule

La sua formulazione si basa sul lavoro di tre scienziati del XIX secolo:M. SchleidenT. ShwannR. Virkow

Nel 1838 T. Shwann (zoologo) e

M. Schleiden (botanico) proposero la teoria cellulare:

“ Tutti gli organismi sono costituiti da cellule e da componenti cellulari”

Nel 1860 R Virkow fece le prime osservazioni sulle

cellule in riproduzione ed affermò…

“Ogni cellula vivente deriva

da una cellula preesistente”proprio come un animale si origina solo da un

animale

La teoria cellulare le cellule sono le unità strutturali degli organismi viventi (Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule)

le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi (Le reazioni chimiche di un organismo vivente, compresi i meccanismi di liberazione dell'energia e le reazioni di biosintesi, hanno luogo all'interno delle cellule)

le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi (Le reazioni chimiche di un organismo vivente, compresi i meccanismi di liberazione dell'energia e le reazioni di biosintesi, hanno luogo all'interno delle cellule)

ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente

(Le cellule contengono le informazioni ereditarie degli organismi di cui fanno parte, e queste informazioni passano dalla cellula madre alla cellula figlia)

ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente

(Le cellule contengono le informazioni ereditarie degli organismi di cui fanno parte, e queste informazioni passano dalla cellula madre alla cellula figlia)

Importante corollario: Weismann 1880tutte le cellule viventi hanno una origine in comune

Importante corollario: Weismann 1880tutte le cellule viventi hanno una origine in comune

La CellulaLa Cellula

PROCARIOTI pro-karyion:prima del nucleo

Batteri Protisti, animali, piante e funghi

Membrana cellulare

Piccole con interno omogeneo Più grandi e con nucleo

EUCARIOTIeu-karyion:vero nucleo

2 Livelli di organizzazione

DIMENSIONI delle CELLULE

Unità di misura: micrometro o micron (m) 1 m = 10-3 mm= 10-6 m

Le cellule procariotiche: 1 - 10 m

Le cellule eucaritiche: 10 - 100 m

Le dimensioni delle cellule e dei loro componenti

ProcariotiProcarioti

• Organismi UNICELLULARI con struttura cellulare semplice e nucleo non separato dal citoplasma

Due tipi principali: batteri ed archaeobatteri

La cellulaStruttura minima in grado

di compiere tutte le attività della vita

•Porzione del citoplasma dove si concentra il DNA

•DNA procariotico:•Unica molecola circolare•Pochissime proteine legate•Attaccato alla MP

- Organismi unicellulari o pluricellulari

- Strutturalmente più complessi: organelli e citoscheletro

Appartengono: alghe, funghi, protozoi, piante e gli animali

EucariotiEucarioti

La cellula degli La cellula degli eucariotieucarioti

La formaPuò variare in funzione di:

Ambiente liquido forma sferica

Ruolo es: emazia, neurone, cell.

epiteliali

Tempo propaggini ameboidi,

secrezione

Costrizioni esterne

Eucarioti

Le dimensioniPossono variare da poche decine di micron a

parecchi mm

Linfocita 5 m

Cellula uovo 150 m

Neuroni corpo di alcune decine di mm;

prolungamenti oltre il metro

Sincizio muscolare scheletrico lungo alcuni

cm

Eucarioti -> uomo

Le molecole degli organismi viventiLe molecole degli organismi viventi

• L’ acqua di una cellula, gli ioni inorganici e piccole molecole organiche rappresentano il 75-80% del peso di una cellula vivente.

• Le macromolecole (proteine, polisaccaridi, DNA) rappresentano il rimanente del peso di una cellula

• Le attività delle molecole cellulari sono governate dagli stessi principi della chimica

Membrane BiologicheMembrane Biologiche

Formazione di compartimenti il cui ambiente “interno” differisce da quello “esterno”:

Organuli

• Trasporto di molecoleTrasporto di molecole

• Attività specificheAttività specifiche

NucleoNucleo• Involucro nucleare:Involucro nucleare:

– Membrana esterna + membrana interna– Pori nucleari

• NucleoplasmaNucleoplasma

• Cromatina: DNA+proteineCromatina: DNA+proteine

• Nucleolo: trascrizione rRNANucleolo: trascrizione rRNA

Membrana interna+Membrana esternaMembrana interna+Membrana esternaNucleoplasmaNucleoplasma

NucleoloNucleolo

CromatinaCromatina

Poro nuclearePoro nucleareMembrana internaMembrana interna

Membrana esternaMembrana esterna

Poro nuclearePoro nucleare

ParticolareParticolaredelladella

membranamembrana

•Rete di elementi tubulari e cisterneRete di elementi tubulari e cisterne ramificate ed interconnesseramificate ed interconnesse

•Reticolo Endoplasmatico RugosoReticolo Endoplasmatico Rugoso•Sintesi proteine di secrezioneSintesi proteine di secrezione

•Reticolo Endoplasmatico LiscioReticolo Endoplasmatico Liscio•Vescicole di trasportoVescicole di trasporto

•Sintesi lipidi e lipoproteineSintesi lipidi e lipoproteine•Sintesi membraneSintesi membrane

NucleoNucleoRibosomiRibosomi

RERRER

RELREL

VescicoleVescicole

ReticoloReticoloEndoplasmaticoEndoplasmaticoRugosoRugoso

ReticoloReticoloEndoplasmaticoEndoplasmaticoLiscioLiscio

Apparato del GolgiApparato del Golgi

• Dittiosomi: Sacculi+Vescicole Golgiane

• Cisterne appiattite impilate: sacculi

• Regioni cis e trans

• Rieleborazione e conservazione proteine dal RER

MitocondrioMitocondrio• Trasformazione dell’energia:

Chimica>ATP:Respirazione cellulare

• Membrana esterna• Membrana interna

– Creste mitocondriali

• Matrice– Enzimi, ribosomi

• DNA circolare

MatriceMatrice

Creste mitocondrialiCreste mitocondriali

Creste mitocondrialiCreste mitocondriali

Membrana internaMembrana interna

Membrana esternaMembrana esterna

MEMEMEME

A.GolgiA.Golgi

LisosomaLisosomaPrimarioPrimario

LisosomaLisosomaSecondarioSecondario

•Origine dall’apparato del Golgi

•Enzimi idrolitici (carboidrati, lipidi, acidi nucleici)

•Digestione e distruzione di corpi estranei o cellulari

RERRER

A.GolgiA.Golgi

FagosomaFagosoma

FagocitosiFagocitosi LisosomaLisosomaPrimarioPrimario

Componente Componente cellulare cellulare

danneggiatadanneggiata

CitoscheletroCitoscheletro• Rete di filamenti proteici connessa con la

membrana plasmatica ed organuli

• Traffico cellulare

• Movimenti cellulari

• Costituenti:– Microtubuli– Microfilamenti– Filamenti intermedi

MicrotubuliMicrotubuli

MicrofilamentiMicrofilamenti

Filamenti IntermediFilamenti Intermedi

Ciglia e FlagelliCiglia e Flagelli

• Microtubuli

• Corpo basale: 9+0

• Assonema: 9+2

Centrioli e Corpo basale: 9+0Centrioli e Corpo basale: 9+0

CitoplasmaCitoplasma

• Composizione:- Cytosol

- Particelle insolubili in sospensione

> Cytosol:- solvente acquoso

- soluti vari: ioni, micro e macromolecole

Liberi nel citoplasmaLiberi nel citoplasmaReticolo Endoplasmatico: rugosoReticolo Endoplasmatico: rugosoMitocondriMitocondriCloroplastiCloroplasti

S unità Svedberg, riferita alla massa e alla densità di una molecola S unità Svedberg, riferita alla massa e alla densità di una molecola

Particelle ribonucleoproteiche: Particelle ribonucleoproteiche: rRNA+proteinerRNA+proteine

Sintesi proteica: traduzioneSintesi proteica: traduzione

Micrografia elettronica dei 70S

grado di relazione evolutivagrado di relazione evolutiva

Mod

ific

he e

stre

mam

ente

lent

e du

rant

e l’

evol

uzio

neM

odif

iche

est

rem

amen

te le

nte

dura

nte

l’ev

oluz

ione

TRE DOMINITRE DOMINITRE DOMINITRE DOMINI

Albero filogeneticoAlbero filogenetico