Prof. Marilena BudroniDISAABADipartimento di AgrariaUniversit di Sassari

Definizione

La Microbiologia la scienza che studia i microrganismi e la loro attivit.

Ha per oggetto la forma, la struttura, la riproduzione, la fisiologia, il metabolismo e lidentificazione dei microrganismi.

Comprende lo studio della distribuzione dei microrganismi (MO) in natura, delle relazioni tra loro e con gli altri esseri viventi, degli effetti benefici e dannosi che hanno sugli esseri umani, delle modificazioni fisiche e chimiche che provocano nel loro ambiente.

Che cosa sono i microrganismi?Questa categoria comprende: virus, batteri, funghi, protozoi ed alcuni tipi di alghe.I microrganismi non si originano spontaneamente dalla materia inanimata, ma derivano da altri microrganismi.Esistono due tipi fondamentalmente differenti di cellule microbiche: quelle procariotiche e quelle eucariotiche.

ProcariotiOrganismi con struttura cellulare semplice ed un nucleo primitivo non separato da alcuna vera membrana dal citoplasma.

Le cellule maggiormente rappresentative del gruppo dei Procarioti sono quelle batteriche.

EucariotiQuesti organismi sono caratterizzati da una cellula avente un nucleo delimitato da una membrana che lo separa dal citoplasma, organelli interni (mitocondri, cloroplasti..), complessi di membrane.

Appartengono al gruppo degli Eucarioti: le alghe, i funghi, i protozoi, le piante superiori e gli animali.

Dimensioni dei batteri e dei virus

denominazione simbolo corrisI corrisII corrispondenza III

METROM11/1MDECIMETRODM101 M0,1 M1/10 MCENTIMETROCM102 M0,01 M1/100 MMILLIMETROMM103 M0,001 M1/1 000 MMICROMETRO (O MICRON)mM106 M0,000001 M1/1 000 000 MNANOMETROnM109 M0,000000001 M1/1 000 000 000 MNGSTRM1010 M0,0000000001 M1/10 000 000 000 MPICOMETROPM1012 M0,000000000001 M1/1 000 000 000 000 MFERMI (O FEMTOMETRO)FM1015 M0,000000000000001 M1/1 000 000 000 000 000 MATTOMETROAM1018 M0,000000000000000001 M1/1 000 000 000 000 000 000 MZEPTOMETROZM1021 M0,000000000000000000001 M1/1 000 000 000 000 000 000 000 MYOCTOMETROYM1024 M0,000000000000000000000001 M1/1 000 000 000 000 000 000 000 000 M

Thiomargarita namibiensis (100300 m )Eupolopiscium fishelsoni600m

Batteri

Cocco, Thiocapsa roseopersicinaBastoncello, Desulfuromonas acetoxidansSpirillo, Rodhospirillum rubrum Spirocheta, Spirocheta stenostrepta gemmante peduncolata, Rodhomicrobium vannieliiFilamentosa, Chloroflexus aurantiacusFORME cellulari (MORFOLOGIA)

1) RAPPORTO SUPERFICIE/VOLUME in pratica l'area superficiale una misura di quanta membrana cellulare disponibile per l'assunzione e per l'escrezione. Il problema che mentre il volume di una cellula aumenta con il cubo del diametro della cellula, la superficie aumenta solo del quadrato del diametro: se il diametro 3 il volume sar 27 e la superficie 9 (rapporto 9/27=0,33); se il diametro 2 il volume sar 8 e la superficie 4 (rapporto 4/8=0,50). Quindi il rapporto superficie/volume aumenta al diminuire della dimensione della cellula: in pratica cellule piccole hanno pi membrana per effettuare gli scambi. r = 1R= 1

2) VELOCITA' DI DIFFUSIONE MOLECOLARE le molecole si spostano attraverso il citoplasma ad una velocit tanto pi bassa quanto pi grande la molecola. Perci soprattutto grandi molecole impiegherebbero troppo tempo per spostarsi da una parte all'altra della cellula se questa troppo grande, rallentando il metabolismo. 3) NECESSITA' DI CONCENTRAZIONI ADEGUATE enzimi e substrati devono essere presenti in concentrazioni elevate nella cellula affinch possano urtarsi (gli urti sono casuali) e interagire. Altrimenti le reazioni avverrebbero troppo lentamente. Se la cellula pi grande sar necessario un numero molto pi elevato di queste molecole per ottenere gli stessi risultati. r = 2

Superficie 4 pr2 = 12,6 mm2Volume = 3/4 pr3 = 4,2 mm3Rapporto S/V =

Superficie = 50,3 mm2Volume = 33,5 mm3Rapporto S/V = 1,5 Il rapporto superficie/volume varia

Caratteristiche dei sistemi biologiciCapacit di riprodursi.

Capacit di ingerire o assimilare sostanze alimentari e di metabolizzarle per ricavarne energia ed accrescersi.

Capacit di espellere prodotti di rifiuto.

Caratteristiche dei sistemi biologici

Capacit, chiamata talvolta irritabilit o eccitabilit, di reagire ai cambiamenti che insorgono nel loro ambiente.

Suscettibilit di subire mutazioni.

Alanina, glicina, glicolato, formiato, acetato

causa di malattie infettive nelluomo, negli animali e nelle piante. Vengono chiamati in causa nellinsorgenza dei tumori;

causa di degradazione degli alimenti;

essenziali per la vita e per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo;

utilizzati come modelli sperimentali per lo studio della genetica molecolare e della fisiologia cellulare;

utilizzati come biomassa e produttori di farmaci e molecole per uso industriale. sieri e vaccini, antibiotici, vitamine ed altre sostanze utili.

Generazione spontanea o BiogenesiAristotele (384-322 a.C.) pensava che gli animali potessero originarsi spontaneamente dalle piante e dal terreno.

Fino al XVII secolo si pensava che gli organismi viventi potevano generarsi spontaneamente dalla materia in decomposizione.

Generazione spontanea o BiogenesiFrancesco Redi (1626-1697) confut la teoria della Biogenesi, conducendo esperimenti sulla carne in putrefazione.

Il concetto di generazione spontanea persistette, tuttavia, per i microrganismi.

Generazione spontanea o BiogenesiAntony van Leeuwenhoek (1632-1723) nel 1676 scopre gli animalcules grazie al suo microscopio.

John Needham (1713-1781) nel 1748 rese noti i risultati dei suoi esperimenti, condotti sul brodo di montone, a favore della teoria della Generazione spontanea.

Antony van Leeuwenhoek

Generazione spontanea o BiogenesiSpallanzani (1729-1799) introduce la pratica della sterilizzazione dei terreni e nel 1799 attacca la teoria della Biogenesi, perfezionando lesperimento di Needham.Theodor Schwann (1810-1882) mise a punto lesperimento dellaria riscaldata per confutare la teoria della biogenesi e nel 1838-1839 introduce la teoria cellulare insieme a Schleiden.

Generazione spontanea o BiogenesiSchroeder e Von Duch introducono luso dei tappi di cotone, conducendo un esperimento simile a quello di Schwann, nel quale laria veniva fatta passare attraverso un batuffolo di ovatta sterile.Felix Pouchet nel 1959 rese noti i risultati dei suoi esperimenti, con i quali tentava di confutare le conclusioni di Schroeder e Von Duch.

Generazione spontanea o BiogenesiLouis Pasteur (1822-1895) introduce luso dei recipienti con collo di cigno.John Tyndall (1820-1893) nel 1877 dimostra che la polvere pu trasportare i germi.Fernand Cohn nel 1877 scopre le endospore termoresistenti.Robert Koch nel 1876 introduce il concetto di eziologia.

Louis Pasteur e Robert Koch

Microbi e malattieMolte malattie sono causate da infezioni virali, batteriche, fungine e protozoarie.

I postulati di Koch (premio Nobel 1905) vengono utilizzati per determinare il legame che esiste tra una malattia ed il microrganismo che si sospetta ne sia la causa sia la causa.

Postulati di KochLagente causale deve essere presente in tutti i casi della malattia di cui ritenuto responsabile e deve essere invece assente negli individui sani.Lagente causale deve essere isolato dallindividuo affetto e, posto in coltura, deve dare origine ad una popolazione cellulare omogenea (una sola specie).

Postulati di KochLinoculo di una coltura pura dellagente causale in individui sani deve dare luogo alla comparsa della malattia di cui si ritiene responsabile.

Lagente causale deve essere re-isolato dallindividuo infettato sperimentalmente.

MICROBIOTA UMANO55 divisioni di batteri13 divisioni di archea

1014 microrganismi nellintestino, la maggior parte nel colonNasciamo germ freeBacteroides e Firmicutes (adulti) 60% oltre a funghi, protozoiQuantit di geni doppia rispetto a quelli umani

Importanza dei rapporti:Ospite/MOMO/MO COEVOLUZIONE

(tratto Da R E. Leyet al. (2006) DOI 10.1016/j.cell.2006.02.017)(tratto da Serino et al. (2009) DOI 10.1016/j.diabet.2009.03.003)

(tratto da Serino et al. (2009) DOI 10.1016/j.diabet.2009.03.003)

IndustrialeBioinsetticidiBiomolecoleProduzione di starter microbiciProduzione di biomasse

Alimentare EnologicaLattiero-casearia Panaria, pr. da forno Prodotti conservati Salumi, insaccati enologica, birraria Ristorazione Ambientale BiorimediazioneBiosensoriTrattamento rifiuti liquidi solidi

Agronomica Lotta biologica Simbiosi e no

Microbiologia alimentareLa trasformazione microbiologica per aumentare la conservazione degli alimentiBiotecnologie tradizionali

Sumeri (quarto millennio avanti Cristo)vino, birra, pane. 1809: Franois Apert introduce inscatolamento Prima met 900 : trasformazione delle produzioni alimentari da artigianali a industrialiSeconda met del 900: fermentazioni industrialiBiotecnologie innovative

Produzione di energia, Bioetanolo

Origine delle specie cellulari

Classificazione dei batteriSi basa essenzialmente sulla identificazione dei generi e delle specie.

Le principali tecniche utilizzate per classificare e differenziare le varie specie sono: la TASSONOMIA NUMERICA, lANALISI GENETICA e lANALISI DELLE SEQUENZE.

Analisi genetica

Valutazione della percentuale in G+C.

Grado dibridazione del DNA.

Analisi delle sequenze

Sequenza aminoacidica delle proteine.

Sequenza nucleotidica delle molecole di RNA.

Orologio molecolare16S rRNA

protistiAlghe unicellulariProtozoiMyxomycota o slime moldFungi

Domande

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E i virus ???