F. Microrganismi

Biologia di base di batteri, cianobatteri,funghi, licheni e alghe

INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA

applicata al biodeterioramento

Verrano forniti dettagli su:

• Batteri, inclusi gli Attinomiceti • Funghi, inclusi i lieviti

• Cianobatteri (batteri blu-verdi)

• Alghe

• Licheni

Microorganismi • I microrganismi sono definiti dalle

loro dimensioni - è necessario un microscopio per vederli

• Ci sono vari tipi di microrganismi. I principali coinvolti nel biodeterioramento sono funghi, alghe e batteri.

Dimensioni

• Per definizione i microorganismi sono molto piccoli.

• Per definizione i microorganismi sono molto piccoli. • Per definizione i microorganismi sono molto piccoli. • Per definizione i microorganismi sono molto piccoli.

•Per definizione i microorganismi sono molto piccoli.

• Un atomo misura 3/10.000.000mm • Un tipico batterio è 1/1000 mm -

un micrometro (mm) • Una microalga può essere 1/100

mm

Dimensioni

Se un atomo avesse le dimensioni di un'arancia, un batterio potrebbe essere alto come il Pan di Zucchero a Rio de Janeiro

I batteri possono essere sferici o di forma allungata, con dimensioni

di 1 µm (1/1000mm) o più

Batteri • Alcuni batteri sono

filamentosi. I più conosciuti sono gli attinomiceti, che sono i microrganismi responsabili dell’odore tipico di terra bagnata

Un attinomicete associato con un batterio filamentoso fotosintetico

Funghi e alghe possono essere uni o pluricellulari.

Lieviti

• I lieviti sono funghi unicellulari che, in talune condizioni, possono divenire filamentosi.

Cellula di lievito su una superficie colorata

10m

Funghi a filamento semplice ed anche alghe possono unirsi e formare strutture

complesse, come queste

I principali microorganismi deteriogeni dei libri sono

funghi filamentosi

Funghi sono anche comuni dentro edifici umidi

Corpo fruttifero fungino dietro un quadro

Alcuni funghi producono spore che vengono facilmente disperse, come i semi delle piante, che possono resistere alla

siccità

Spore sul corpo fruttifero del fungo Cladosporium

Spore e cisti Si tratta di strutture particolari con pareti spesse che permettono la sopravvivenza. Consentono di resistere alla siccità, alle radiazioni naturali e agli attacchi chimici. Le cisti sono prodotte da alcuni funghi e alghe, oltre che da protozoi.

Cisti di un Protozoo

Spore

Sono prodotte da funghi e alcuni batteri. Quando germinano producono organismi identici agli originali (spore asessuali). Nei funghi le spore possono essere prodotte per riproduzione sessuata consentendo il mantenimento di una certa variabilità genetica. Diversi tipi di spore vengono chiamate con molti nomi

Una ifa fungina (filamento), una ciste protozoale e 4 spore fungine

sulla superficie di un vetrino

Condizioni di crescita...

Tutti gli organismi necessitano di acqua per crescere e

svilupparsi

Non è necessaria una pioggia continua ma basta un’umidità relativa elevata come quella che si trova in vicinanza degli alberi

Alcuni funghi crescono ad una bassa umidità relativa - 65% o anche meno

I Batteri generalmente richiedono un’umidità relativa più elevata dei

funghi

I microrganismi fotosintetici hanno bisogno di luce per

crescere, non come i funghi e la maggioranza dei batteri

Microorganismi fotosintetici sono:

•Alghe •Batteri Blu-verdi (cianobatteri) •Alcuni altri batteri

Insieme con i funghi, questi sono i maggiori organismi biodeteriogeni sulle superfici esterne degli edifici

Alghe e cianobatteri

• Usano luce solare come fonte di energia • Usano CO2 dell’aria come fonte di carbonio

• Crescono con nessun’altra fonte energetica

(cibo) e possono proliferare su rocce, metalli, plastica ed altri materiali, in presenza di ACQUA

Alghe e cianobatteri crescono facilmente in confronto ad alcuni batteri e funghi, ma i funghi ed alcuni batteri hanno bisogno di

materiali organici ed i fotosintetici hanno dei vantaggi in alcune

condizioni

Alghe Sono microorganisms eucariotici – le

cellule hanno un nucleo definito che contiene il materiale genetico (DNA). I procarioti (batteri) hanno invece il DNA non confinato da una membrana nucleare

Alghe

Il pigmento fotosintetico (clorofilla) si trova in strutture specifiche - i cloroplasti

Per questo motivo differiscono da cianobatteri ed altri batteri fotosintetici

Alghe

Possono essere classificate in: •“verdi” •“gialle” •“rosse” •“brune” (Ma non è detto che abbiano questi colori!)

Un’alga verde (Trentepohlia)

Un’alga gialla

Un’alga rossa

Cianobatteri

• Sono organismi procariotici – le cellule non hanno nuclei ben definiti

• Sono anch’essi di vari colori – verdi, bruni, blu-verdi, rossi, rosa, viola, gialli ecc...

Un cianobatterio filamentoso (Calothrix)

Cianobatteri di vari tipi – filamentosi e coccoidi

Cianobatteri coccoidi misti

Cianobatteri coccoidi misti

Cianobatteri

• Sono molto resistenti alle condizioni avverse, come alti livelli di luce ultravioletta e siccità

• Essi sopravvivono bene negli ambienti secchi esposti all’aria come sulle pareti esterne degli edifici

Licheni (funghi lichenizzati)

Un lichene è una simbiosi tra un fungo e una o due alghe o cianobatteri

Licheni

• Il fungo nella simbiosi fornisce carbonio organico al partner fototropico e può fornire azoto organico ad alcuni cianobatteri

• Il fototropo può fornire protezione dal disseccamento e dalla luce in eccesso e, probabilmente, fornisce acqua e minerali al fungo

Alghe e alcuni funghi membri della simbiosi possono vivere

indipendentemente I licheni possono

vivere in condizioni avverse, con scarsità di nutrienti e diseccamenti frequenti, come su rocce e pietre

I Licheni si possono dividere in tre tipi:

• Crostosi – aderiscono in modo stretto al substrato

• Fogliosi – aderiscono in modo meno stretto

• Frutticosi – formano una specie di rametti

Licheni crostosi in crescita su legno

Licheni crescono sulla plastica dei fanali di questa auto in U.K. !

..altri licheni su un’automobile……

Sempre su superfici plastiche….

Porton, Wilts, UK.

Licheni

Licheni crostosi penetrano nelle superfici delle pietre aderendo in modo molto stretto

Licheni

Se vengono staccati e/o rimossi sottili frammenti di pietra vengono rimossi con essi, incrementando il degrado delle pietre

Licheni fogliosi

Licheni

• Possono resistere a condizioni estreme e possono restarein condizioni di siccità per mesi. Crescono in modo estremamente veloce – da 1mm a 3cm in diametro per anno.

• Usano i minerali essenziali in modo veramente efficiente. Sono svantaggiati in ambienti inquinati, dove i tossici presenti possono inibire la loro crescita

Nutrienti (cibo)

• I funghi e molti batteri richiedono sostanze organiche

• Alghe ed altri fototropi producono i loro materiali organici complessi a partire da sstanze inorganiche, utilizzando l’energia solare.

La quantità di nutrienti richiesti per l’inizio della

crescita microbica è piccola. Può non essere

comprensibile la quantità.

I materiali organici atmosferici possono produrre sottili depositi che sono sufficienti per sostenere

una visibile crescita microbica su superfici inorganiche come vetro o metalli

Vi prego di osservare cosa succede sulle finestre di casa vostra!

Molti componenti di materiali in musei e biblioteche sono ricche fonti di nutrienti

ad esempio cellulosa, colori, adesivi, pelle, legno.

Un soffitto di legno dipinto in una chiesa

I batteri ed i funghi secernono ENZIMI, molecole catalitiche che degradano i

materiali (ad esempio cellulosa e proteine). (Parleremo anche di Enzimi nel prossimo modulo)

Un libro che contiene carta (cellulosa) e pelle (proteine).

Nutrizione I nutrienti prodotti dall’azione degli

enzimi possono essere assorbiti dai microorganismi e usati come energia e/o fonti di carbonio per produrre nuove cellule

Questi enzimei causano danni ai materiali organici materials di

biblioteche e musei

ENZIMI

• Continuano ad agire anche dopo che il microorganismo è morto o rimosso

• Enzimi liberi possono essere un grande problema in sistemi liquidi

pH – aciditàe alcalinità

I microorganismi sono tolleranti ad elevate variazioni di pH, ma molti preferiscono la neutralità.

In generale.....

• Funghi preferiscono condizioni acide.

• Batteri preferiscono condizioni alcaline.

Ma ci sono molte eccezioni!

Temperatura

Molti microorganismi crescono bene a temperature

medie (da 15oC a 35oC)

Alcuni microorganismi crescono sotto gli 0oC. Altri a

70oC o più

Il freddo inibisce la crescita microbica ma non li uccide

Si usa infatti (grazie a crioprotettivi) per preservare microorganismi vivi.

La neve rossa dell’Antatide è prodotta da una crescita di alghe

“verdi” (Chlamydomonas)

Il responsabile è questo

Riproduzione • I Microorganismi usano molti metodi. • Alcuni semplicemente si dividono a

metà o in frammenti e così crescono

Altri si riproducono sessualmente

In questo esempio un tubo permette al DNA di incrociarsi tra due funghi

Nei suoli e per la decomposizione di piante ed animali vi sono molti microorganismi.

Crescita di fungi (area marrone di spore) su un uccello morto.

L’aria contiene un gran numero di microorganismi, liberi o contenuti e trasportati da goccioline di acqua. Essi possono crescere e svilupparsi a condizioni idonee

I microorganismi sono ovunque. Non vi sono luoghi senza popolazioni

microbiache

Nello spazio???

CD-ROM

aria

cascata

I microorganismi attaccano anche le fonti di informazione !

Filamenti fungini su un CD-ROM

Colonie di Funghi su un CD

Biofilm

• Quando i microorganismi attaccano e crescono su una superficie formano un BIOFILM – un complesso strato superficiale di cellule e di materiali prodotti dalle cellule. Una miscela di organismi che sporca la superficie ed è in stretto contatto con la superficie e può interagire fortemente con essa determinandone la degradazione.

• I Biofilm possono essere terrestri o acquatici. • I Biofilms sono difficili da trattare.

Alcuni esempi di Biofilm terrestri, in ambienti caldi (Marocco) in

presenza di sostanza organica (guano di cicogne)

Altri esempi

•Le Mura di Ferrara

� Realizzate tra il VI • e il XVII secolo

� Circondano la città • per circa 9 km

•Studi svolti sulle mura

� Anni ‘80/’90

o Composizione delle malte o Identificazione delle specie vegetative o Diserbo

- Glyphosate - Diuron

•Studi svolti sulle mura

� Anno 2012 •Indagine sugli agenti biodeteriogeni presenti sul fronte nord o Muschi

o Verrucaria nigrescens

o Caloplaca flavescens

o Biofilm algali

o Piante superiori

•Obiettivi

•Sperimentazione di: � Natria � Bactercline Blast

•Modalità di sperimentazione

� Trattamento di prova � Trattamento in situ

� Tecnica di applicazione

•- Di prova •- In situ

•Pennello •Spray

� Dosaggio

•- Natria: 18 ml/ m2

•- Bactercline Blast: 125 ml/ m2

•Stato di conservazione delle murature

� Di prova

� In situ

•- Muschi

•- Dissesti strutturali •- Muschi e biofilm algali •- Licheni •- Piante

•Effetti rilevati

� Natria

•- Produce patine bianche

•- Visibili solo in assenza di microorganismi •- Dilavabili

•Effetti evidenti

� Natria

•- Diminuzione dell’attacco biologico

•- Essiccazione dei muschi •- Viraggio di colore dei biofilm algali •- Essiccazione piante

� Bactercline Blast

•- Viraggio di colore dei licheni

•- Maggiormente aggressivo a pennello

•Effetti su muschi

� Natria

•- Essicazione degli apparati fogliari •- Perdita di consistenza

•- Consistenza non compatta e facilmente disgregabile

•- Rizine sfibrate e decoese

� Bactercline Blast

•- Aumento degli effetti descritti

•- Scarsa adesione al substrato

•Effetti su licheni

� Natria

•- Presenza di residui su incrostazioni licheniche

•- Verrucaria nigrescens

� Bactercline Blast

•- Degenerazione delle strutture

•- Caloplaca flavescens

•- Depigmentazione

•Effetti su patine algali

� Natria

•- Efficace su spore

� Bactercline Blast •- Efficace sulle patine non facilmente raggiungibili

•- Residui di patine bianche facilmente asportabili dopo il trattamento •- Decoesione del tallo

vegetativo

Conclusione

La microbiologia è una scienza complessa. Non ci si aspetta che in

uno staff di un museo o di una biblioteca siano esperti.

L’Interazioni con i microbiologi è essenziale.

Basta chiamarli quendo è necessario!!!

Chaetomium globosum produce periteci con aschi ed ascospore. Chaetomium è un comunen fungo su materiali cellulosici