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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
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Sterilizzazione mediante calore
A temperature molto alte tutte le macromolecole si
denaturano, cioè perdono la loro struttura e
funzionalità.
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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)
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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.
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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
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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.
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Misura dell’attività
antimicrobica
Un’altra procedura comunemente usata per
studiare l’attività antimicrobica di un composto
è il metodo della diffusione su agar.
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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).
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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
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Agenti chemioterapici
antibatterici classificati
sulla base della
struttura chimica
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Agenti chemioterapici antimicrobici classificati sulla base del
loro meccanismo d’azione
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Agenti chemioterapici antimicrobici classificati in base al
loro spettro d’azione
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Produzione ed uso mondiale annuo di antibiotici
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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).
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Comparsa della resistenza agli antibiotici in alcuni patogeni umani
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