Sterilizzazione: inibizione completa della crescita microbica

(battericidi: agenti che distruggono o uccidono i batteri

batteriostatici: agenti che inibiscono la crescita dei batteri)

I metodi volti alla inibizione di una crescita microbica rapida comprendono

la decontaminazione e la disinfezione:

Decontaminazione: trattamento di oggetti e superfici prevenendo la

crescita microbica.

Disinfezione: colpisce direttamente i patogeni, sebbene può non eliminare

tutti i microrganismi

(disinfettanti: agenti chimici e fisici, esempio ipoclorito di sodio-

candeggina).

Scopo finale: riduzione della carica microbica, o numero di microrganismi

vitali presenti.

Il controllo microbico in vivo è molto più difficile, avviene tramite agenti

chemioterapici battericidi o batteriostatici, con selettività di azione contro

i batteri www.slidetube.it

METODI FISICI PER IL CONTROLLO

DELLA CRESCITA MICROBICA

I metodi fisici usati per la decontaminazione, la disinfezione e la

sterilizzazione sono:

1. Il calore

2. Le radiazioni

3. La filtrazione

www.slidetube.it

Sterilizzazione mediante calore

A temperature molto alte tutte le macromolecole si

denaturano, cioè perdono la loro struttura e

funzionalità.

www.slidetube.it

Effetto della temperatura sulla vitalità di un batterio

Il tempo necessario per una sterilizzazione sarà più lungo se si opera a bassa temperatura

piuttosto che a temperatura più elevata. E’ quindi necessario determinare il tempo e la

temperatura di trattamento per ottenere una sterilizzazione efficace. Anche il vettore usato per la

diffusione del calore è importante: il calore umido ha un potere di penetrazione maggiore del

calore secco.

Il parametro più

usato per

caratterizzare la

sterilizzazione

mediante calore è

il tempo di

riduzione decimale

o D, cioè il tempo

necessario per

ridurre di dieci

volte, a una data

temperatura, la

densità della

popolazione

www.slidetube.it

Le endospore e la sterilizzazione mediante calore

Le endospore batteriche e le cellule vegetative di uno stesso organismo sono molto diverse per

quanto riguarda la resistenza al calore:

Per la riduzione decimale delle endospore: 121° C per 4-5 minuti

Per la riduzione decimale delle cellule vegetative: 65° C per 0,1-0,5 minuti

Uno dei fattori più importanti nel determinare la resistenza al calore delle endospore è la

quantità e lo stato dell’acqua (il suo contenuto è ridotto al 10-30%), l’accumulo di dipicolinato di

calcio e di piccole proteine delle spore acido-solubili (SASP).

Anche la natura del mezzo che viene sottoposto a riscaldamento influenza l’efficienza con cui

vengono eliminate le endospore e le cellule vegetative. La morte microbica è infatti più rapida a

pH acido (per questo motivo i cibi acidi come i pomodori, la frutta e i sottaceti sono molto più

facili da sterilizzare di quelli a pH neutro, come il mais e i fagioli).

Elevate concentrazioni di zuccheri, proteine e grassi impediscono la penetrazione del calore e di

solito aumentano la resistenza dei microrganismi ad esso.

www.slidetube.it

L’autoclave per la sterilizzazioneL’autoclave è una

camera a chiusura

ermetica che permette

l’immissione di

vapore saturo sotto

pressione.

La normale

procedura prevede un

riscaldamento a una

pressione di 1,1

kg/cm2, che permette

di raggiungere una

temperatura di 121°

C, per 10-15 minuti.

(a) Flusso di vapore

all’interno dell’autoclave

(b) Un tipico ciclo di

sterilizzazione in

autoclave per oggetti di

dimensioni piuttosto

grandi

(c) Una moderna

autoclave

www.slidetube.it

PASTORIZZAZIONE

Processo che utilizza una temperatura controllata in modo molto preciso per ridurre la

popolazione microbica nel latte e negli alimenti particolarmente sensibili al calore.

Prende il nome da Louis Pasteur.

Non tutti i microrganismi vengono uccisi.

La pastorizzazione oltre a prevenire la diffusione di microrganismi patogeni, ritarda anche la

crescita di organismi responsabili del deterioramento dei cibi, consentendo così una migliore

conservazione dei liquidi deperibili.

La pastorizzazione del latte viene ottenuta facendo fluire il latte attraverso uno scambiatore di

calore. Il latte percorre un circuito di tubo a contatto con una sorgente di calore; il controllo

accurato della velocità, delle dimensioni del flusso e della temperatura della sorgente di calore

permette di innalzare la temperatura del latte fino a 75° C e di mantenerla per 15 secondi. Il latte

è poi rapidamente raffreddato (processo chiamato pastorizzazione istantanea). La pastorizzazione

istantanea altera meno le caratteristiche organolettiche del latte.

Il latte può essere anche scaldato a 63-66° C in grandi contenitori per 30 minuti (processo

chiamato pastorizzazione di massa). Tale metodo è però meno soddisfacente in quanto il latte si

scalda e si raffredda lentamente.

www.slidetube.it

Sterilizzazione mediante radiazioni

Le radiazioni elettromagnetiche quali le microonde, le radiazioni ultraviolette (UV), i raggi X, i

raggi gamma e gli elettroni.

Gli effetti delle microonde

sono dovuti anche ad una

azione termica.

Le radiazioni UV

(lunghezza d’onda

compresa tra 220-300 nm)

inducono modificazioni e

rotture nel DNA. Esempio,

le cappe biologiche. Le

radiazioni UV non sono in

grado di penetrare le

superfici solide opache.

Radiazioni ionizzanti (raggi

X e raggi gamma)

producono elettroni (e-) e

radicali ossidrilici (OH.) e

radicali idruro (H.),

molecole capaci di alterare

e distruggere biopolimeri,

come il DNA e le proteine

www.slidetube.it

www.slidetube.it

www.slidetube.it

Sterilizzazione mediante filtrazione

Per sterilizzare soluzioni contenenti sostanze termolabili.

Un filtro è un dispositivo con pori troppo piccoli per il passaggio di microrganismi, ma

abbastanza larghi per permettere il passaggio di liquidi e gas.

1. Filtri a spessore

Costituiti da strati fibrosi di carta, amianto o lana di vetro, in cui le fibre sono disposte in modo

casuale. L’impiego più comune di questi filtri è la sterilizzazione per filtrazione dell’aria in

processi industriali. Utilizzati in molti sistemi di biosicurezza: nelle cappe biologiche dove vi è un

flusso di aria in entrata ed in uscita, questa passa attraverso un filtro che trattiene con alta

efficienza il particolato presente nell’aria, i cosiddetti filtri HEPA.

2. Membrane filtranti

Usati per la sterilizzazione di liquidi nei laboratori microbiologici, costituite da dischetti molto

resistenti di acetato di cellulosa, nitrato di cellulosa o polisulfone e costituite in modo tale da

creare nello spessore del filtro molti pori di piccolissime dimensioni. Il loro funzionamento è

simile a quello di un setaccio.

www.slidetube.it

Apparati che utilizzano

membrane filtranti

(a) Apparato con membrane filtranti

riciclabili

(b) Apparati con membrane filtranti

monouso: siringa per piccoli volumi

(sinistra); sistema filtrante per

grandi volumi (destra)

www.slidetube.it

METODI CHIMICI PER IL

CONTROLLO DELLA CRESCITA

MICROBICA

Gli agenti antimicrobici.

Si suddividono in:

- agenti battericidi, fungicidi e virocidi, quelli che uccidono i microrganismi

- agenti batteriostatici, fungistatici e virostatici, quelli che inibiscono soltanto

la crescita dei microrganismi.

Gli agenti antimicrobici sono molto diversi per quanto riguarda la tossicità

selettiva: alcuni agiscono in maniera poco selettiva, altri sono più selettivi e

sono più tossici per i microrganismi che per i tessuti animali.

www.slidetube.it

Effetti degli agenti antimicrobici

sulla crescitaQuando un agente antimicrobico è aggiunto ad una coltura in

crescita esponenziale si osservano 3 effetti:

(a) batteriostatici, inibiscono la crescita microbica; in genere

sono composti che inibiscono la sintesi proteica legandosi ai

ribosomi in modo reversibile

(b) battericidi, si legano in modo irreversibile ai loro bersagli,

provocando la morte senza lisi cellulare

(c) batteriolitici, determinano la morte della cellula

provocandone la lisi. Comprendono antibiotici che inibiscono

la sintesi della parete cellulare, come le penicilline, e sostanze

chimiche che distruggono la membrana citoplasmatica, come i

detergenti

www.slidetube.it

Misura dell’attività antimicrobica

Si misura determinando la MIC (Minimum Inhibitory Concentration, Minima concentrazione inibente),

cioè la concentrazione più bassa di antibiotico che inibisce completamente la crescita di un dato organismo, e

si determina con la tecnica delle diluizioni scalari.

www.slidetube.it

Misura dell’attività

antimicrobica

Un’altra procedura comunemente usata per

studiare l’attività antimicrobica di un composto

è il metodo della diffusione su agar.

www.slidetube.it

www.slidetube.it

Agenti chimici antimicrobici utilizzati per il controllo dei

microrganismi patogeni per l’uomo

Sterilizzanti, distruggono tutte le forme di vita microbica, incluse le endospore

(negli ospedali e nei laboratori, es. ossido di etilene, formaldeide, perossido di

idrogeno).

Disinfettanti, provocano la morte dei microrganismi, ma non necessariamente

le endospore, e sono usati per oggetti inanimati. (es. negli ospedali etanolo e i

detergenti).

Antisettici, uccidono o inibiscono la crescita dei microrganismi e sono

sufficientemente poco tossici da poter essere utilizzati sui tessuti viventi (usati per

disinfettare le mani e le ferite superficiali).

www.slidetube.it

www.slidetube.it

Agenti antimicrobici utilizzati in vivo

Agenti chemioterapici antimicrobici, hanno una tossicità selettiva, cioè

hanno la capacità di inibire i batteri o altri patogeni senza produrre danni

collaterali nell’ospite.

Possono essere classificati sulla base di:

1. della loro struttura

2. del loro meccanismo d’azione

3. dello spettro di attività antimicrobica

Ricadono in tre grandi categorie:

1. i composti sintetici

2. gli antibiotici, composti naturali

3. gli antibiotici semisintetici

www.slidetube.it

Agenti chemioterapici

antibatterici classificati

sulla base della

struttura chimica

www.slidetube.it

Agenti chemioterapici antimicrobici classificati sulla base del

loro meccanismo d’azione

www.slidetube.it

Agenti chemioterapici antimicrobici classificati in base al

loro spettro d’azione

www.slidetube.it

Produzione ed uso mondiale annuo di antibiotici

www.slidetube.it

Resistenza ai farmaci antimicrobici

Coinvolge generalmente geni di resistenza, trasferiti attraverso scambi genetici tra i microrganismi.

Tali geni sono cromosomiali oppure plasmidici (i plasmidi di resistenza o fattori R).

L’ampio uso di antibiotici in campo medico, veterinario e agricolo (l’uso inappropriato ed

esagerato) ha portato all’insorgenza dell’antibiotico-resistenza (fenomeno della pressione sellettiva

antibiotica).

1

2

3

4

5

www.slidetube.it

Comparsa della resistenza agli antibiotici in alcuni patogeni umani

www.slidetube.it