LA DIVERSIT DEL MONDO MICROBICOFunghi

LIEVITI

I lieviti, come le muffe, sono funghi, ma si distinguono dalle muffe perch la loro forma comune e dominante unicellulare.

La loro riproduzione vegetativa avviene di solito per gemmazione.

LIEVITI

I lieviti non formano un gruppo tassonomico ben definito.

Esistono circa 350 specie di lieviti, distinti in 39 generi.

ECOLOGIA DEI LIEVITII lieviti sono ampiamente distribuiti in natura e sono disseminati da insetti vettori e dalle correnti daria.La maggior parte saprofita, ma alcuni sono parassiti.Molte differenti specie di lieviti si trovano nel suolo, altre in ambiente acquatici.

MORFOLOGIAIn generale le cellule dei lieviti sono pi grandi della maggior parte dei batteri.Hanno dimensioni di 1-5m di larghezza e 5-30 m di lunghezza.Di solito sono ovoidali, ma alcuni sono allungati ed alcuni sferoidali.I lieviti sono privi di flagelli o di altri organi di locomozione.

CITOLOGIA DEI LIEVITI:CAPSULE

Alcuni lieviti sono coperti da un materiale extracellulare mucoso, viscoso che costituisce la sostanza capsulare, formata da polisaccaridi, mannani e sostanze amiloidi.

CITOLOGIA DEI LIEVITI:PARETE CELLULARELa parete cellulare dei lieviti sottile nelle cellule giovani e si ispessisce con let.

I costituenti principali della parete cellulare di S.cerevisiae sono: glucano (2 polisaccaridi, 30-40%), mannano (D-mannosio, 30%), proteine (6-8%), lipidi (8,5-13,5%), chitina (N-acetilglucosamina 1-2%).

PARETE CELLULARELa parete cellulare costituita da 3 strati. Strato esterno mannano (residui di mannosio e fosfato), proteine, chitina (costituita da N-acetilglucosamina).Strato intermedio glucano (2 polisaccaridi ramificati, responsabili della rigidit della parete).Strato interno proteine (con attivit enzimatica).

VACUOLI

Ciascuna cellula di lievito contiene nel citoplasma uno o pi vacuoli composti da metafosfato, polifosfato o lipidi.Alcune specie di lieviti accumulano grandi quantit di lipidi, carboidrati o proteine e vitamine.

GEMMAZIONELa riproduzione asessuata avviene per gemmazione.Nel punto in cui si former la nuova cellula si osserva un sporgenza che termina con una strozzatura in corrispondenza della quale, nella parete della cellula, si ha la formazione di un setto primario costituito da chitina.

GEMMAZIONEIl setto primario si completa col completarsi della nuova cellula.Il setto rimarr a formare una cicatrice costantemente presente sia nella cellula madre, che nella cellula figlia, su cui non sar pi possibile una successiva gemmazione

SCISSIONELa scissione binaria, un tipo vegetativo o asessuale di processo riproduttivo, simile a quella con cui si riproducono i batteri.

La cellula del lievito si rigonfia o si allunga, il nucleo si divide e le due nuove cellule sono prodotte per scissione trasversale.

I lieviti possono riprodursi per sporificazione, gemmazione o scissione, ma il processo pi comune la gemmazione.

ASCHI

Sigla o simboloNomeValore decimale Fattore moltiplicativoggrammo1dgdecigrammo0,1(un decimo di grammo)10-1 grammicgcentigrammo0,01( un centesimo di grammo)10-2 grammimgmilligrammo0,001(un millesimo di grammo)10-3 grammimcg o m gmicrogrammo0,000001(un milionesimo di grammo)10-6 grammingnanogrammo0,000000001(un miliardesimo di grammo)10-9 grammipgpicogrammo0,000000000001 g10-12 grammifgfentogrammo0,000000000000001 g10-15 grammiagattogrammo0,000000000000000001 g10-18 grammi

MICROMANIPOLATORE

Eucarioti funghi unicellulari

Pi grandi dei batteri

Forma sferica, cilindrica, allungata

Non presentano flagelli

Dispongono di tutti gli organelli tipici delle cellule eucariote

Privi di clorofilla

Saccharomyces cerevisiaeSchizosaccharomyces pombeCandida albicansKluyveromyces lactis

Si nutrono per assorbimento

Sono chemioeterotrofi

Prosperano in habitat ricchi di zuccheri

Possono essere osmofili ma anche alofili

Possono vivere in simbiosi con insetti

Larghissima diffusione ambientale

Sono ottimi fermentatoriPrediligono ambienti con pH acidi Non resistono alla pastorizzazioneSono mesofili/psicrotrofi

Hanno grande importanza economica

Fondamentali per: trasformazione di materie prime e produzione di alimenti e bevande fermentate

Ampiamente impiegati per produrre:etanolo, estratto di lievito, pigmenti, integratori alimentari per uomo e animali altre sostanze di impiego nellindustria farmacologica

Microrganismi protecnologici: coinvolti nella traformazione di materie prime e nella produzione di alimenti e bevande

Microrganismi alterativi:Provocano alterazioni visive e/o organolettiche data la capacit di svilupparsi a basse T e in condizioni di fattori di stress chimico-fisico importanti per la conservazione degli alimenti

non si conoscono lieviti patogeni per via alimentare

Lievitazione del paneI lieviti (S. cerevisiae) fermentano maltosio e saccarosio e producono CO2, alcol etilico e prodotti secondariLa CO2 determina la lievitazione del pane Alcol etilico e prodotti secondari di fermentazione influiscono sulla componente aromatica

Fermentazione birrariaI lieviti S. cerevisiae (top fermenter) e S. carlsbergensis (bottom fermenter) fermentano gli zuccheri del mosto di malto e ne catalizzano la trasformazione in birra Prodotti di fermentazione: alcol etilico, CO2, acido acetico, glicerolo e altri

Poche specieCrescono a basse temperatureTollerano elevate concentrazioni di saleUtilizzano lattosio e galattosio acido latticoHanno attivit lipolitica e proteolitica

Positivo se la carica lievitiforme equilibrataCoinvolti nella fermentazione e maturazione dei prodotti lattiero caseari Sviluppo di aromiPossono promuovere la crescita di batteri

Negativo se troppo numerosiProduzione di gas (gonfiore nei formaggi)Sapore di lievito e altri sapori o aromi indesideratiImpatto

I lieviti sono componenti minoritari della microflora delle carni rispetto ai batteriSono pi rappresentati nelle carni esposte allaria e nelle carni macinate

Hanno un ruolo positivo nella stagionatura dei salumi fermentati data la loro attivit: lipolitica, proteolitica e antiossidantePossono avere un impatto negativo (alteranti) quando si sviluppano in grande quantit per contaminazione dallambiente esterno

I lieviti sono i responsabili della fermentazione alcolica I batteri lattici della fermentazione malolatticapigiatura uvaaggiunta lieviti e fermentazione alcolicafermentazione malolatticainvecchiamentoimbottigliamento

Fermentazione alcolicaNADHNADResa in etanolo: circa 60% degli zuccheri

Impatto sullandamento del processo fermentativo Impatto sulle caratteristiche organolettiche e sulle propriet sensoriali

Specie utili: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus Specie dannose: Brettanomyces, Dekkera, Pichia, HansenulaSpecie dal ruolo controverso: Kloeckera apiculata, Hanseniaspora uvarum, Metschnikowia pulcherrimaLieviti ellitticiLieviti apiculati

Come e da dove arrivano questi microrganismi?

la loro concentrazione nel mosto dipende da: andamento climatico prima della raccolta, stato sanitario delluva, impiego di pesticidi e durata del tempo che intercorre tra raccolta e spremitura e fermentazione

Le diverse specie sono dotate di caratteristiche metaboliche differenti

Lieviti apiculati ed ellittici fermentano

I lieviti ellittici sono i fermentatori per eccellenza

riducendo al minimo lattivit dei lieviti naturalmente presenti nel mosto inoculando lieviti SELEZIONATI (starter di fermentazione) in quantit pari a 5x106 cell/mlCome si favorisce lattivit dei lieviti ellittici?

Aggiunta di SO2 in quantit variabile (fino a 100 mg/l nei vini rossi e fino a 150-175 mg/l nei vini bianchi)

Chiarificazione nel caso della vinificazione in biancoStrategie impiegate per limitare lattivit dei lieviti spontanei

Come agisce la SO2?A seconda delle dosi ha attivit microbiostatica o microbicidaE normalmente pi efficace sui lieviti apiculati e sui batteri lattici e aceticiNellambito del genere Saccharomyces la tolleranza alla SO2 ceppo dipendenteRitarda linizio della fermentazione

Commercializzati sotto forma di lieviti secchi attivi (umidit 5-8%)

Lieviti starterColture pure di lieviti appartenenti al genere Saccharomyces (specie S. cerevisiae o S. bayanus) addizionate al mosto in quantit pari a circa 5x106 cell/ml

assicurano un rapido inizio della fermentazione diminuiscono il rischio di arresti di fermentazione permettono la standardizzazione del processo fermentativo consentono di ottenere vini con standard qualitativi richiesti dal mercato

Vantaggi legati allutilizzo dei lieviti starter

Produzione di metaboliti secondari Trasformazione di precursori di sostanze aromatiche presenti nelle uve

Produzione di metaboliti secondariSugarPiruvateSugarAcetylCoAEthanolEthanolFatty acidCoAFatty acidHigher alcoholEstersAcetolactateKeto AcidsAmino AcidsSulphate Sulphite AcetoinAcetateIsobutanolo, N-propanolo, Alcol amilico, Alcol IsoamilicoEtilacetato, Isoamilacetato, Feniletiacetato, Etilcaproato, EtilcaprilatoAdattato da Pretorius (2000) Yeast 16:675-729Glicerol

Grafico1

16.40.090.09

16.10.070.07

160.060.06

160.20.2

16.60.150.15

16.30.180.18

16.80.040.04

16.60.210.21

16.50.10.1

15.90.150.15

16.70.130.13

16.90.050.05

16.70.120.12

16.40.10.1

16.30.060.06

ceppi

etanolo %

Produzione di etanolo

Grafico2

0.280.010.01

0.480.0090.009

0.280.0060.006

0.460.0050.005

0.450.0080.008

0.250.0090.009

0.410.0060.006

0.40.0020.002

0.410.00210.0021

0.230.00250.0025

0.260.00330.0033

0.220.00210.0021

0.210.00350.0035

0.170.0020.002

0.380.0030.003

0.220.00320.0032

0.240.00360.0036

ceppi

acido acetico (g/l)

Foglio1

116.400.0910.280.01

916.100.0790.480.009

1116.000.06110.280.006

1416.000.2140.460.005

1716.600.15170.450.008

2116.300.18210.250.009

2516.800.04250.410.006

2616.600.21260.40.002

3416.500.1340.410.0021

4215.900.15420.230.0025

9016.700.13900.260.0033

11316.900.051130.220.0021

13116.700.121310.210.0035

666316.400.11650.170.002

BM4516.300.061990.380.003

66630.220.0032

BM450.240.0036

Foglio2

Foglio3

Ilaria - indicatore dello stato do ossidazione del vino aumenta nel corso dell'invecchiamento (ossidazione di acido acetico) ed prodotta in quantit variabile in funzione della solforosa

Grafico1

18055

1554.44.4

23033

22066

16322

14466

1205.85.8

1384.34.3

2703.23.2

2301010

24399

21066

15033

17888

32077

23055

20044

ceppi

totale alcoli (mg/ml)

Grafico2

410.90.9

3211

170.60.6

430.70.7

381.11.1

38.50.30.3

460.50.5

750.10.1

230.60.6

221.21.2

450.50.5

230.450.45

410.680.68

300.50.5

780.40.4

300.20.2

310.230.23

ceppi

acetaldeide (mg/l)

Foglio1

acetaldalcoli

1410.911805

932191554.4

11170.6112303

14430.7142206

17381.1171632

2138.50.3211446

25460.5251205.8

26750.1261384.3

34230.6342703.2

42221.24223010

90450.5902439

113230.451132106

131410.681311503

165300.51651788

199780.41993207

6663300.266632305

BM45310.23BM452004

Foglio2

Foglio3

Grafico1

16.40.090.09

16.10.070.07

160.060.06

160.20.2

16.60.150.15

16.30.180.18

16.80.040.04

16.60.210.21

16.50.10.1

15.90.150.15

16.70.130.13

16.90.050.05

16.70.120.12

16.40.10.1

16.30.060.06

ceppi

etanolo %

Grafico2

0.280.010.01

0.480.0090.009

0.280.0060.006

0.460.0050.005

0.450.0080.008

0.250.0090.009

0.410.0060.006

0.40.0020.002

0.410.00210.0021

0.230.00250.0025

0.260.00330.0033

0.220.00210.0021

0.210.00350.0035

0.220.00320.0032

0.240.00360.0036

ceppi

acido acetico (g/l)

Grafico3

410.90.9

3211

170.60.6

430.70.7

381.11.1

38.50.30.3

460.50.5

750.10.1

230.60.6

221.21.2

450.50.5

230.450.45

410.680.68

300.20.2

310.230.23

ceppi

acetaldeide (mg/l)

Grafico4

390.90.9

2511

380.60.6

240.70.7

231.11.1

320.30.3

280.50.5

420.10.1

480.60.6

471.21.2

250.50.5

420.450.45

580.680.68

650.60.6

540.50.5

180.20.2

170.230.23

ceppi

etilacetato (mg/l)

Foglio1

116.400.0910.280.011410.91390.9

916.100.0790.480.00993219251

1116.000.06110.280.00611170.611380.6

1416.000.2140.460.00514430.714240.7

1716.600.15170.450.00817381.117231.1

2116.300.18210.250.0092138.50.321320.3

2516.800.04250.410.00625460.525280.5

2616.600.21260.40.00226750.126420.1

3416.500.1340.410.002134230.634480.6

4215.900.15420.230.002542221.242471.2

9016.700.13900.260.003390450.590250.5

11316.900.051130.220.0021113230.45113420.45

13116.700.121310.210.0035131410.68131580.68

666316.400.166630.220.00326663300.2165650.6

BM4516.300.06BM450.240.0036BM45310.23199540.5

6663180.2

BM45170.23

Foglio2

Foglio3

Grafico1

18055

1554.44.4

23033

22066

16322

14466

1205.85.8

1384.34.3

2703.23.2

2301010

24399

21066

15033

17888

32077

23055

20044

ceppi

totale alcoli (mg/ml)

Grafico2

410.90.9

3211

170.60.6

430.70.7

381.11.1

38.50.30.3

460.50.5

750.10.1

230.60.6

221.21.2

450.50.5

230.450.45

410.680.68

300.50.5

780.40.4

300.20.2

310.230.23

ceppi

acetaldeide (mg/l)

Foglio1

acetaldalcoli

1410.911805

932191554.4

11170.6112303

14430.7142206

17381.1171632

2138.50.3211446

25460.5251205.8

26750.1261384.3

34230.6342703.2

42221.24223010

90450.5902439

113230.451132106

131410.681311503

165300.51651788

199780.41993207

6663300.266632305

BM45310.23BM452004

Foglio2

Foglio3

olGeraniolNerolCitronellolLinaloloa-TerpineoloGeranioloNeroloCitronellolo

Cys4MMPCys4MMP4MMP4-mercapto-4-metilpentan-2-one (4MMP), conferisce aroma di ribes (soglia di percezione 0.1-3 ng/L) contenuto nel vino 0-30 ng/LIl rilascio di 4MMP dipende dalla attivit enzimatica del lievitoHowell et al., FEMS Microbiol Lett (2004) 240:125-129

Esistono in natura ceppi con combinazioni diverse di caratteriLa biodiversit naturale dei lieviti ci permette di selezionare ceppi con le caratteristiche richieste e impiegarli come starter

I lieviti sono parte della microflora di numerosi alimentiPossono essere inoculati in forma di starter di fermentazione per migliorare la trasformazione di materie prime in prodotti finiti

Produzione di biomassa di lievito

FUNGHII funghi costituiscono un gruppo di microrganismi di grande interesse pratico e scientifico per i microbiologi.

I funghi dinteresse microbiologico comprendono le muffe ed i lieviti.I funghi sono organismi eterotrofi saprofiti o parassiti.Parete cellulare dei funghi

FUNGHI IMPORTANTI IN MEDICINA

Esistono due tipi di micosi: superficiali e profonde.

FUNGHI IMPORTANTI IN MEDICINAMicosi superficiali.

Le lesioni possono interessare il mantello cutaneo, le mucose, i capelli, le unghie.Possono essere trasmesse da parte degli animali domestici.

FUNGHI IMPORTANTI IN MEDICINAMicosi profonde.Alcuni miceti, patogeni opportunisti, possono causare infezioni serie quando il paziente risulti, in qualche modo, debilitato.Gran parte di tali funghi hanno un ciclo di vita bifasico: lievitiforme (nellospite) e miceliale (in vitro).

FUNGHI TOSSICIProducono tossine con conseguente danno per piante, animali, uomo.Lintossicazione avviene in seguito ad ingestione di funghi velenosi o cibi contaminati da funghi produttori di tossine.Micotossine: tossine elaborate dai funghi.Fitoalessine: sostanze prodotte dalle piante in risposta al fungo.

FUNGHI TOSSICILe tossine possono agire sinergicamente causando i seguenti danni: nefrotossicit, danni al tessuto cutaneo, danni al tratto gastrointestinale, danni al sistema respiratorio.Parecchie tossine sono potenti carcinogeni (cancro degli animali da laboratorio).

FUNGHI TOSSICI

Micetismo: avvelenamento da funghi (e.: Amanita phalloides, muscaria).

Micotossicosi: contaminazione delle derratte alimentari da parte di tossine fungine.

FUNGHI TOSSICI

Ergotismo: segale contaminata da muffe Claviceps purpurea e Cl.paspali.

ALCALOIDI blocco -adrenergico vasocostrizione (gangrena).

FUNGHI TOSSICI

Aleucia alimentare tossica: grano contaminato da specie tossigene della muffa Fusarium.

GLICOSIDI tossici per il sistema ematopoietico.

FUNGHI TOSSICI

Aflatossine umane: correlazione con tumore epatico.OTA: ocratossina A vino, cereali etc : correlata con la nefropatia Balcani

FUNGHI DIMPORTANZA INDUSTRIALEI funghi sono importanti per la fabbricazione di: vino, birra, pane, formaggi.

Sono importanti anche per la produzione di antibiotici, la trasformazione degli steroidi e la produzione di insetticidi.

FUNGHI DIMPORTANZA INDUSTRIALE:VINO E BIRRALe basse temperature favoriscono la fermentazione dei lieviti.Il tenore di acido nel mezzo inibisce lo sviluppo di batteri contaminanti.Anaerobiosi.Fermentazione di frutta o cereali alcool distillazione bevande alcoliche.

FUNGHI DIMPORTANZA INDUSTRIALE:PANE

Vengono usati i ceppi Baker di Saccaromyces cerevisiae, i quali producono, in condizioni di aerobiosi, una elevata percentuale di CO2.

FUNGHI DIMPORTANZA INDUSTRIALE:FABBRICAZIONE DEI FORMAGGIPennicillium roqueforti (muffa aerobia): dopo linoculo delle spore fungine, si pune a maturazione a basse temperature (9C), per scoraggiare lo sviluppo di altri microrganismi.Pennicillium camemberti: cresce in superficie, dirigendosi verso linterno (caratteristica liquefazione).

FUNGHI DIMPORTANZA INDUSTRIALE:PRODUZIONE DI ANTIBIOTICIBenzilpennicillina (Pennicillina G).

Cefalosporina C.

Griseofulvina.

Streptomicina.

FUNGHI DIMPORTANZA INDUSTRIALE:ALTRO

I funghi sono importanti per la produzione di vitamine, aminoacidi, acidi organici.

*Figure: 14-01

Caption:Schematic, cut-away view of a eukaryotic cell. Although all eukaryotic cells contain a nucleus, not all organelles or other structures shown are present in all eukaryotic cells.

*Figure: 14-03

Caption:Structure of the mitochondrion. (a) Diagram showing the overall structure of the mitochondrion. Note inner and outermost membranes.

*Figure: 14-22

Caption:Growth by budding division in Saccharomyces cerevisiae. Note the pronounced nucleus. Phase-contrast micrograph. A single cell of S. cerevisiae is about 8 m in diameter.

*Figure: 14-08

Caption:Life cycle of a typical yeast, Saccharomyces cerevisiae. A haploid cell of S. cerevisiae contains 16 chromosomes.

*Figure: 14-10a

Caption:Electron micrographs of the mating process in a yeast, Hansenula wingei. (a) Two cells have fused at the point of contact and have sent out protuberances toward each other.

*Figure: 14-10b

Caption:Electron micrographs of the mating process in a yeast, Hansenula wingei. (b) Late stage of mating. The nuclei of the two cells have fused, and the diploid bud has formed at a right angle to the conjugation tube. This bud eventually separates and becomes the forerunner of a diploid cell line. A single cell of Hansenula is about 10 m in diameter.

*Figure: 14-09

Caption:The cassette mechanism involved in the switch in yeast from mating type a to a and back again. Whichever cassette is inserted at the active locus (reading head) determines the mating type. The process shown is reversible, so type a can also revert to type a .

*Esteri responsabili dellaroma fruttato: etil acetato (aceto al di sopra di 150 mg/L) Isoamil acetato (banana), feniletilacetato (fiori, rosa), Esteri etilici di acidi grassi a media catena (C6-C10) quali etil caproato ed etil caprilato (aroma di mela).*Nei vini bianchi un indicatore dello stato di ossidazione dei vini A concentrazioni elevate conferisce gusto di erbaceo*E lestere pi importante a fine fermentazione. A concentrazioni di 150-200 mg/ pu avere impatto negativo sullaroma (odore di aceto) ma concentrazioni comprese tra 50 e 80 mg/l impreziosiscono il bouquet del vino e hanno influenza significativa sullroma del vino*Figure: 14-18

Caption:Mold structure and growth. (b) Diagram of a mold life cycle.

*Figure: 14-20b

Caption:Mushrooms. (b) Life cycle of a typical mushroom.

*Figure: 14-20c

Caption:Mushrooms. (c) Gills on the underside of the mushroom fruiting body contain the spore-bearing basidia.

*Figure: 14-25

Caption:Stages in fruiting-body formation in the cellular slime mold Dictyostelium discoideum. (A-C) Aggregation of amebas; (D-G) migration of the slug formed from aggregated ameba; (H-L) culmination and formation of the fruiting body; (M) mature fruiting body. The fruiting body contains spores that can regenerate vegetative cells and begin the life cycle anew.

*Figure: 14-26

Caption:Light micrographs of representative green algae. (a) Micrasterias. A single cell.