Tesina Microbiologia Liberati Alessandro - Uso Estremofili

7/25/2019 Tesina Microbiologia Liberati Alessandro - Uso Estremofili

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Batteri estremofili

e

loro applicazioni

Liberati Alessandro


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INTRODUZIONE

I batteri estremofili suscitato da sempre un notevole interesse dallacomunit scientifica date le loro possibili applicazioni in molti campi.

Conoscere questi organismi ci permette di capire meglio come si originata e sviluppata la vita sulla Terra ma ci permette anche di capire

come si possono migliorare alcuni processi produttivi o ottenererisultati migliori da processi che gi conosciamo.

Questa tesina si permette diindagare sui vari e possibilimiglioramenti che questimicrorganismi possonoportare nella quotidianit,

ma anche un interessante,forse ancora un po'fantascientifico, utilizzo chesi potrebbe fare dei batteriestremofili, quello diutilizzarli come"colonizzatori" di pianeti.


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1.CARATTERI GENERALI

1.1. CARATTERISTICHE BATTERI ESTREMOFILI

Dal punto di vista tassonomico i batteri estremofili sono daconsiderarsi Procarioti, il gruppo di forme viventi pi antico e pinumeroso sulla Terra che deve il suo successo evolutivo allenormecapacit riproduttiva ed adattativa.

I procarioti possono essere suddivisi in Archeobatteri e Eubatteri e inparticolare gli estremofili appartengono per la maggior parte agliArchea. Le differenze tra questi due sottoregni non da ritrovarsi nelfenotipo ma nelle loro sequenze di rRNA, nelle differenti RNA-polimerasi (pi complessa negli archea), nei componenti dellamembrana cellulare, nei dispositivi cellulari coinvolti nellespressionegenetica e anche la diversa sensibilit verso gli antibiotici cheinibiscono la sintesi delle proteine.


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In generale, gli estremofili sono organismi che vivono in condizioniproibitive per la vita dal punto di vista della sopravvivenza umana, eriescono a mantenere il loro flusso metabolico in condizioniabiologiche.Si possono riconoscere molte classi di estremofili, tra le quali siannoverano:

Termofili: vivono a valori di temperatura maggiori di 45C;

Psicrofili: vivono a valori di temperatura minore di 15C;

Anaerobiotici: che vivono in assenza di ossigeno;

Acidofili: vivono a valori di pH minori di 7;

Alcalofili: vivono a valori di pH maggiori di 7; Alofili: vivono ad alte concentrazioni saline;

Barofili: vivono ad alte pressioni estreme.


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1.2 ORIGINE DELLA VITA SULLA TERRA

Ma come hanno avuto origine questi microrganismi? Perch hannoquesta tendenza a vivere in ambienti cos ostili?Per rispondere a questa domanda bisogna fare ben pi di un passoindietro nel tempo, bisogna indagare sullorigine della vita sul nostropianeta e capirne le condizione ambientali dellepoca per comprenderele caratteristiche degli estremofili.L'et della Terra stata stimata intorno a 4,6 miliardi di anni. La Terrasi sarebbe formata per aggregazione di particelle (teoria dei planitesimi)di dimensioni variabili, in un arco di tempo dell'ordine di milioni dianni. Verso 3,8 miliardi di anni fa, l'interno della Terra incomincia asolidificare. Circa 3,5miliardi di anni fa, la temperatura della superficiedella Terra doveva essere inferiore ai 900C. Attorno vi doveva essereun'atmosfera primitiva ricca di sostanze inorganiche (CH4, CO2, NH3,H2 e vapor acqueo). Questa miscela di molecole formatasi edaccumulatasi durante i primi miliardi di anni, avrebbe dato origine asostanze organiche ed al cosiddetto brodo primordiale, in cui sisvilupparono le molecole base della vita.Si pensa che l'atmosfera primitiva terrestre fosse priva di ossigenolibero, e quindi altamente riducente. Negli anni 20 due biochimici,Oparin e Haldane, ritennero che un'atmosfera riducente, unita allapresenza di scariche elettriche (che dovevano essere frequenti sottoforma di fulmini sulla Terra neonata) e raggi ultravioletti, sarebbe statafavorevole per la formazione spontanea di molecole organiche. Questeultime avrebbero potuto a loro volta polimerizzare spontaneamente inmacromolecole, accumulandosi negli oceani e nei laghi di allora dando

origine al brodo primordiale.Le ipotesi di Oparin e Haldane furono verificate in laboratorio grazieagli esperimenti di Miller e Fox. Tali esperimenti fatti in condizioniprebiotiche ed in presenza di H2cio in condizioni simulanti la Terraprimitiva, diedero origine a quasi tutti gli aminoacidi conosciutiinsieme a purine, pirimidine, ribosio, nucleosidi e nucleotidi: molecolecio che costituiscono la struttura delle proteine e degli acidi nucleici.Basandosi su tali esperimenti, sulla Terra primordiale sarebbero state

presenti grandi quantit di metano derivati dagli impatti di asteroidi eplanitesimi. Questo metano, scioltosi nei mari, sarebbe stato attaccato


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dai raggi ultravioletti e trasformato in uno strato di idrocarburicondensati i quali, a loro volta, sarebbero stati lentamente demolitidalla radiazione solare, parzialmente ossidati e solubilizzati:

Alla fine del processo sarebbero cos rimaste in sospensione sulle

acque, larghe chiazze oleose costituite da fosfolipidi che, per effetto delmoto ondoso o delle possibili piogge, avrebbero dato origine a dellesacche lipidiche che durante la loro formazione avrebbero potutoincludere al loro interno le sopracitate molecole base della costruzionedi proteine e acidi nucleici che avrebbero potuto interagire tra loro. Inqueste condizioni, una soluzione di amminoacidi pu polimerizzarsi inpolipeptidi, polisaccaridi, proteine e polinucleotidi; questultimipossono polimerizzare in molecole di acidi nucleici.

La replicazione del DNA avrebbe avuto origine grazie al fatto chemolto probabilmente in quel brodo primordiale si era formato (o eraarrivato da altre zone dell'Universo grazie a qualche cometa) unenzima (forse adenilchinasi) che avrebbe rotto i legami a idrogenopresenti nella struttura del DNA e che ogni filamento si sarebbeduplicato prima in maniera casuale e poi in modo via via sempre pisistematico. Con la duplicazione del DNA avrebbe cos potutoprendere il via anche la sintesi proteica: l'iniziale meccanismo di rottura

e ricostituzione del DNA pu avere originato polimeri misti, costituitida nucleotidi o da brevi porzioni complete di RNA, che erano in gradodi interagire con degli aminoacidi. Questi ultimi avrebbero cos potutoessere legati in sequenza, dando in seguito origine alle prime proteine.A quel punto alcune di queste proteine, in maniera pi o meno casuale,avrebbero potuto andare ad inserirsi nello strato lipidico costituente lamembrana della cellula primitiva, formando dei pori e permettendocos l'insorgere di uno scambio controllato tra l'interno della cellula e

l'ambiente esterno (si sarebbero formati i primi batteri o probatteri).Per crescere e riprodursi, probabilmente le prime cellule dovevano


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dipendere dalle molecole organiche presenti nell'ambiente circostante.In seguito, quando la scorta di sostanze nutritive esogene presenti nel

brodo caldo, quali aminoacidi e nucleotidi, cominci a scarseggiare, lecellule che avevano sviluppato capacit anaboliche acquisendo per casola capacit di catalizzare la formazione di molecole a loro necessarie,risultarono sicuramente avvantaggiate rispetto alle altre. A quel puntol'acquisizione delle capacit anaboliche si accompagn all'insorgeredell'esigenza di energia per alimentare i processi di sintesi molecolare.Sembra plausibile che il primo meccanismo per la produzione dienergia sia stato una forma primitiva di glicolisi anaerobia.

La cellula primordiale con la glicolisi era in possesso di tutti imeccanismi biochimici e delle molecole necessarie alla propriasopravvivenza.Il passo successivo del processo evolutivo fu, intorno a 3,2 miliardi dianni, l'acquisizione da parte di alcuni batteri (Alghe azzurre oCianoficee), della clorofilla, molecola che molto probabilmente fuportata sulla Terra da qualche meteorite o cometa. Con la clorofilla siincominci la fotosintesi clorofilliana e la produzione di ossigeno.L'atmosfera primitiva riducente incominci a trasformarsi in atmosferaricca di ossigeno, atmosfera ossidante. La vita si blocc perch gli esseriviventi che vi erano in quel periodo (virus e batteri), venivano ossidati emorivano.I soli esseri che ad utilizzare l'ATP (tale molecola non sappiamo se si

form sulla Terra o sia arrivata grazie a qualche meteorite caduto sullaTerra) dalla cui energia riuscirono a formarsi cicli biologici tali dadifendersi dall'ossidazione, si riformarono le macromolecole e la vitaincominci a svilupparsi di nuovo.

Gli organismi sopravvissuti a questa estinzione di massa dovutaallossigeno, si andarono a riparare in habitat a loro favorevoli e chead occhio umano vengono considerati estremi.


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2.BATTERI ESTREMOFILI E LORO USI

2.1 TERMOFILI E LORO UTILIZZI

Gli organismi termofili rappresentano la pi ampia classe degliestremofili e vivono e si moltiplicano a temperature relativamente alte,generalmente al di sopra dei 45C (al di sopra degli 80-85C vengonochiamati ipertermofili).

Lhabitat di questi organismi erappresentato da regione conattivit geotermale, quindiacque termali, gyser, e fumaiolisottomarini o comuque dovesia presente materia organica indecomposizione come neipantani torbosi o del compost.

Si possono dividere in due gruppi:

Termofili obbligati, ovvero che hanno necessariamente bisogno ditemperature elevate per crescere;Termofili facoltativi che possono svilupparsi sia ad altetemperature che a livelli pi bassi.

Gli utilizzi dei termofili sono molteplici data lattivazione dei loroenzimi ad alte temperature sono molto utili nel campo industriale dovela maggior parte dei processi avviene sopra i 50C:

Vengono utilizzati nella produzione di alcoli e altri compostibiologicamente attivi (carotenoidi, aminoacidi, antibiotici);

Thermus aquaticus


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Nella rimozione di ioni metallici (o re-leaching) e compostiorganici da rifiuti solidi o acquosi;

Enzimi termofili sono usati in campo alimentare per la

produzione di sciroppi ad alto contenuto di zuccheri (amilasi,xiloso isomerasi, pullulanasi) e per migliorare le proprietorganolettiche (pectinasi) o la digeribilit di alcuni cibi (betagalattosidasi);

anche nel campo bio-medico, gli enzimi termofili trovano largoutilizzo come:

Precursori di farmaci;

Impiego nella tecnica della PCR (vengono utilizzate la DNApolimerasi e la DNA legasi dei termofili);

Alcune proteine sono di supporto alla cura di patologie umanecome il morbo di Alzheimer, la fibrosi cistica, lenfisema o ilmorbo di Tay-Sachs.

2.2 PSICROFILI E LORO UTILIZZI

I microrganismi pisicrofili (o criofili)sono quei microrganismi chesvolgono il loro metabolismo in unrange di temperatura compreso tra 0e 20 C.Appartengono per la maggior parte

al regno degli Archea e sono diffusisulla maggior parte sella superficiedel pianeta al di sotto dei 15C; sipossono trovare dai suoli alpini al quelli artici, dalle profondit marinea ghiacci polari.I batteri psicrofili hanno alcune caratteristiche citologiche proprie,come la membrana a doppio strato, tipica dei gram-negativi, la paretecellulare molto grossa ed un elevato rapporto CG/AT.

Presentano lipidi ricchi di acidi grassi polinsaturi (come l'acido gammalinolenico e l'acido arachidonico) che sono precursori di prostacicline,


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prostaglandine, leucotrieni; potrebbero essere impiegati per arricchirediete in alcune particolari patologie (neuropatia diabetica ed eczemaatopico). Anche le loro proteasi sono attive a basse temperature epossono essere impiegate nella produzione di formaggi. Alcunipsicrofili sono utilizzati per produrre neve artificiale o nell'industria delgelato, per la loro capacit di formare cristalli di ghiaccio atemperature attorno agli 8C (da qui appunto il ruolo dell'abbondanzadi aminoacidi polari, per la capacit di creare reticoli di ghiaccio).Per sopravvivere ed essere metabolicamente attivi alle condizioniestreme hanno dovuto adattare gli enzimi (attivi a basse temperaturema termolabili) e le membrane (pi ricche in acidi grassi insaturi).

2.3 ALOFILI E LORO UTILIZZI

Gli organismi alofili, appartenenti per la maggior parte agli archea,sono specie che si sono adattate al livelli di salinit elevati a quellinormalmente tollerati da normali organismi, con una percentuale diNaCl oltre il 7.5%.Si possono dividere in alotolleranti, ovvero che possono vivere edifferenti concentrazioni saline; oppure alofili estremi che richiedonouna concentrazione di soluti molto elevata (15-30% di NaCl),comunque concentrazioni superiori o uguali al 1.5 M di soluti.

Possono essere utilizzati in vari campi:

Nella costruzione di materiali plastici biodegradabili e

biocompatibiliNell'industria dei detergenti e per il recupero di olii,

Come nuovi antibiotici e composti antivirali.

Nel campo medico, poich una proteina di Halobacteriumhalobium potrebbe essere utilizzata nello screening precoce diinsorgenza di alcuni tumori.

Gli orgamismi alofili producono una vasta gamma di piccoli

composti organici compatibili con il metabolismo cellulare(zuccheri, aminoacidi, betaine ed ectoine) e responsabili


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dell'equilibrio osmotico della cellula e della stabilizzazione diproteine e acidi nucleici.

Una sostanza prodotta dai batteri alofili per regolare la loro

concentrazione interna di acqua, chiamata ectoina, utilizzata nellaproduzione di creme e prodotti idratanti. Ci sono anchemicrorganismi, anche di habitat tradizionale, capaci di accumulareradionuclidi e metalli pesanti, in un prossimo futuro potrebberoessere utilizzati nell'industria del trattamento dei rifiuti.

2.4 ACIDOFILI E LORO UTILIZZI

Sono organismi appartenenti agli Archea, che vivono ad un tasso diacidit molto elevato, da 2.0 di pH oinferiore.Sono molto utilizzati nel campoindustriale, la loro capacit diossidare solfuri utilizzata perlestrazione dei metalli infatti il 10%dellestrazione del rame nel mondo ottenuta grazie allacidofiloThiobacillus ferrooxidans.

2.5 ALOFILI E LORO UTILIZZI

Gli Alofili sono microrganismi la cui crescita ottimale avviene a pHbasico, tra 8.5 e 12.5.Sono utilizzati molto nel campo medico e non solo:

producono ciclodestrine (la cui sintesi chimica svantaggiosa)che trovano impiego nella stabilizzazione dei materiali volatili ecome agenti emulsionanti;

producono proteine con attivit antibatterica e antifungina;

I detergenti biologici contengono proteasi isolate da alcalofiliattive a pH elevato e resistenti a sbiancanti e altri additivi.

2Thiobacillus ferrooxidans


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Gli alofili rappresentano una fonte di nuovi composti bioattivi:

polimeri utilizzabili per la costruzione di materiali plasticibiodegradabili e biocompatibili;

molecole che possono essere impiegate nell'industria deidetergenti e per il recupero di olii come surfattanti stabili e

biodegradabili;nuovi antibiotici e composti antivirali. Una proteina diHalobacterium halobium funziona come antigene per rivelareanticorpi contro il prodotto dell'oncogene cmyc umano e si

ipotizza un suo impiego negli screening precoci di insorgenzatumorale;

Nel citosol di numerosi batteri alofili si accumulano i cosiddetti"soluti compatibili", piccoli composti organici compatibili con ilmetabolismo cellulare (zuccheri, aminoacidi, betaine ed ectoine)e responsabili dell'equilibrio osmotico della cellula e dellastabilizzazione di proteine e acidi nucleici;Le ectoine, in grado di rendere enzimi eterologhi stabili al

riscaldamento e all'essiccamento, sono attualmente ottenibili soloda ceppi alofili produttori, non esistendo la possibilit di sintesichimica. A parte l'impiego come stabilizzanti enzimatici indiverse tecnologie, i soluti compatibili hanno una fortepotenzialit in agricoltura per migliorare la produttivit dellespecie che vivono in zone aride; l'introduzione mediantemanipolazione genetica di alcuni soluti compatibili in Escherichiacoli ne aumenta notevolmente la tolleranza al sale presente nel

mezzo di coltura.


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3.ESOBIOLOGIA

3.1 INTRODUZIONE

La possibilit dell'esistenza di vita al di fuori del nostro pianeta unargomento che da sempre ha affascinato l'uomo e ha suscitatodomande in ogni societ; dalle speculazioni filosofiche degli atomistinell'antica Grecia, passando per i dogmi del medioevo e le intuizioni diGiordano Bruno nel rinascimento, il dibattito sulla vita nell'universo, arrivato fino ai giorni nostri prendendo le connotazioni di una scienza:l'esobiologia.

La ricerca di forme di vita simili alle nostre si deve indirizzare non sututti i pianeti, ma solo su quei pianeti dove vi sono temperature nonesageratamente elevate n troppo basse e la pressione sia simile allanostra; il pianeta si deve trovare in una zona le cui condizioni possanoessere definite "vivibili". Tale zona detta esosfera.La ricerca delle forme di vita stata, in un primo momento, indirizzataall'interno del nostro sistema solare, e pi precisamente su Marte, e

recentemente su Europa, satellite di Giove, su Titano, satellite diSaturno e sui pianeti extrasolari.

3.2 DEFINIZIONE DI VITA

Ma per cercare la vita al di fuori del nostro pianeta, bisogna primadefinire cos la vita e come differenziare un essere vivente da uno che

non lo . Sembrerebbe facile dare questa definizione, ma quando si vaad analizzare campioni di organismi piccolissimi o materiali fossili,l'impronta della vita, o di vita passata, non cos facile da riconoscere.Inoltre, organismi "dormienti" o con crescita molto lenta, appaionocome oggetti inanimati a meno che non li si osservi nelle giustecondizioni ambientali o su lunghi periodi di tempo. Per tale motivo nonc' ancora una definizione vera e propria, solo possibile elencarealcune caratteristiche che la maggior parte delle creature condividono:


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Organizzazione: molecolare (virus) o cellulare (procarioti eeucarioti);

Metabolismo: anabolismo o catabolismo;

Irritabilit o Eccitabilit: La cellula per sottrarsi a un certostimolo sgradevole si irrita (si sottrae agli stimoli) o in modopositivo o negativo;

Accrescimento, riproduzione ed ereditariet: Il destino di ognicellula quello di morire, quindi perch si mantenga la specie necessario che ciascun individuo si riproduca. Per prima dellariproduzione, la cellula si accresce. Con la riproduzione si haanche lereditariet perch si trasmette il corredo ereditario da

genitore in figlio; Evoluzione: Gli esseri viventi sono soggetti all'evoluzione e siadattano all'ambiente esterno secondo le leggi di Lamarck eDarwin;

Composizione chimica: hanno una chimica basata sul carbonio; Membrana cellulare: hanno una membrana o una parete, che fa

s che esista un ambiente interno separato dallesterno; Necessit di acqua: necessitano di acqua liquida.

Tutti gli esseri viventi sono in grado di svolgere queste importantifunzioni che consentono la vita ed in questo si distinguono dallamateria non vivente.Gli esseri viventi devono queste loro propriet al modo con cui gliatomi che li costituiscono si uniscono tra di loro per formare molecoleorganiche complesse (glucidi, protidi, lipidi, acidi nucleici) ed al modoin cui queste molecole si raggruppano insieme in quelle speciali

strutture che rappresentano le unit fondamentali degli esseri viventi: lecellule.Ci sono per due caratteristiche particolarmente utili per distinguere gliesseri viventi dagli oggetti inanimati: la capacit di riprodursi e lacapacit di produrre e ripetere una variazione genetica nei discendenti.La maggior parte dei test che gli scienziati progettano per rilevare lavita su altri pianeti sono volti a cercare i bioprodotti, , derivanti daqueste funzioni a breve termine. Quindi, mentre il rilevare la vita

dipende da molte caratteristiche immediatamente riconoscibili, la suapersistenza, in uno schema pi generale, dipende dalla sua capacit di


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evolversi e di adattarsi ai mutamenti ambientali. Alcune caratteristichelasciano tracce dopo che l'organismo che le ha possedute muore. Infattiuno dei metodi per cercare la vita la ricerca della biofirma , cio ilmarchio della vita su larga scala come lossigeno e il metano

nell'atmosfera (questi gas reattivi sono solitamente presenti in quantitminori e/o addirittura rimossi se sulla superficie avvengono processinaturali legati alla presenza di vita).

3.3 ELEMENTI PER LA VITA

Ma di cosa ha bisogno la vita per svilupparsi?I pianeti abitabili sono quelli in grado di fornire agli organismi unaquantit sicura di acqua, energia ed elementi biogeni. Dato che le leggidella chimica sono le stesse in tutto l'Universo, molti scienziati pensanoche la vita extraterrestre possa utilizzare per i propri processi vitali glistessi elementi usati dalla vita terrestre. Di conseguenza, quandocercano la vita su altri pianeti, bisogna non soltanto evidenze direttedella sua presenza, ma verificare anche se esistono le condizioni di

abitabilit sopra menzionate.

Acqua: anche se sul pianeta esistono altri liquidi (per esempioammoniaca, metano o etano), essi si trovano a temperature moltoal di sotto del livello utile per lo sviluppo della vita. La vitascoperta finora sulla Terra sembra essere vincolata ad unintervallo di temperatura che va da circa 15C sotto zero a circa110C. Alle giuste condizioni fisiche, l'acqua pu mantenersi

liquida in tutto questo intervallo di temperature. Inoltre, l'acqua un veicolo importante per trasportare sostanze chimiche dissolte,ed essa stessa un importante reagente chimico. Quindi, i pianetie i satelliti che possiedono un proprio sistema per riciclare l'acquaallo stato liquido, come per esempio cicli geotermici o atmosferici,possiedono anche il meccanismo per trasportare le sostanzechimiche, richiesto dagli organismi viventi.


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Energia: gli organismi usano sia l'energia luminosa che l'energiachimica per i propri processi vitali. L'energia luminosa utilizzabile solo dagli organismi che vivono sulla superficie delpianeta o satellite, o almeno vicino alla superficie. Affinch sisviluppi la vita, la superficie deve avere una temperatura compresain un determinato intervallo, e deve essere protetta dallaradiazione ultravioletta dannosa e dalle particelle caricheprovenienti dal Sole. Gli intensi campi magnetici e le atmosferepresenti attorno a certi pianeti e satelliti forniscono proprio questotipo di protezione. Sotto una certa soglia, invece, l'energialuminosa proveniente dal Sole diventa troppo debole per poteressere una sorgente vitale di energia. Quindi, su pianeti che nonsono protetti dalla radiazione nociva oppure che sono troppolontani dal Sole, l'unica possibilit per gli organismi di vivere nelsottosuolo e di dipendere dall'energia chimica per i propri bisogni.Alcuni microbi terrestri ottengono energia da composti organici(composti del carbonio). Altri si affidano a composti inorganici(cio non contenenti carbonio) come quelli dello zolfo e delmanganese. Ci sono perfino microbi che possono utilizzare sia icomposti organici che quelli inorganici come sorgente di energia.In ciascuno dei casi, i microbi spezzano i composti in molecolepi piccole, per ottenere una piccola quantit di energia da questareazione chimica. Tale energia sufficiente per alimentare la vitadei microbi. Affinch si sviluppi la vita e duri per miliardi di anni,gli organismi hanno bisogno di un rifornimento costante di questicomposti. Processi come l'attivit vulcanica, fenomenimeteorologici, fulmini, e perfino l'attivit della vita stessa lirendono continuamente disponibili.

Elementi biogeni: sono il materiale grezzo di cui gli organismihanno bisogno per costruire e conservare i propri corpi. Anche se i

pianeti solidi e i satelliti del nostro Sistema Solare possiedono tutti

pi o meno la stessa composizione chimica, le condizioni locali

hanno portato a variazioni nella concentrazione e nella disponibilit

dei diversi composti. Come risultato, gli elementi nutritivi necessari

alla vita sono disponibili in maggiori quantit su certi pianeti o

satelliti, e meno su altri. Anche le atmosfere possono essere sorgenti

di elementi nutritivi. Studiando la vita sul nostro pianeta possiamo

trarre importanti informazioni sugli elementi necessari alla nascita


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della vita anche su altri pianeti. Oltre all'acqua, sulla Terra, gli

elementi necessari con cui si forma la vita sono lidrogeno,

lossigeno, lazoto, i carbonio e pochi altri.

In particolare il carbonio riveste un ruolo particolare, infatti, per le

sue caratteristiche fisiche, l'unico elemento capace di formare

migliaia di molecole complesse ma stabili indispensabili per la vita.

3.4 DIVERSE FORME DI VITA

Sulla Terra lunica molecola che fino a poco tempo fa si pensavapossedesse i requisiti per garantire la vita era il DNA poich capace diauto duplicarsi trasmettendosi inalterato ai discendenti ed unamemoria di tutte le proteine di un organismo.Ma sono state scoperte altre molecole che riescono a duplicarsi: RNA,glicoproteine e lipidi.

RNA:alcuni virus sono a RNA e riescono a duplicarsi grazie adun enzima, la trascrittasi inversa, che sintetizza DNA sullostampo dellRNA. A sua volte il DNA trascrive numerose copiedi RNA (duplicazione) che dirigono la sintesi delle proteine. Inquesto caso lRNA non riesce da solo ad autoduplicarsi, ma ha

bisogno di DNA.Nel mondo a RNA, l'origine della vita sarebbe dovuta allacomparsa di RNAmolto semplici, con la capacit di replicarsi, diesplicare attivit enzimatiche e di sintetizzare peptidi. In seguito,il mondo basato su RNA si sarebbe specializzato con la comparsadel mondo attuale basato su DNA, diversi tipi di RNA e proteine.RNA formatosi da ribosio e altri composti organici, dopo averimparato e replicarsi, inizia a sintetizzare proteine, catalizzatoripi adatti perch i ventiamminoacidi costituenti sono pi versatilidelle basi azotate di RNA. Le proteine aiutano lRNA a replicarsi,a sintetizzare proteine con maggiore efficienza, a costruirsiversioni a doppio filamento che possano evolvere in DNA pertrascrizione inversa. Con il procedere dellevoluzione, il DNAsostituisce lRNA come materiale genetico, poich la struttura adoppia elica pi stabile ed efficiente di quella a singolo filamentodellRNA che mantiene solo i ruoli attuali di trasportatoredellinformazione (mRNA), di adattatore nella sintesi proteica


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(tRNA), e di componente dei complessi che mediano lespressionedei geni(rRNA);

Glicoproteine: alcune di esse hanno la facolt di duplicarsioppure di indurre proteine simili a duplicarsi in modo errato. Iprioni sono glicoproteine (PrPc, con struttura ad -elica) chenormalmente si trovano nel sistema nervoso di diversi animali;

Lipidi: alcuni lipidi semplici trovati allinterno di meteoriti,unendosi allacqua, riescono ad auto duplicarsi e riescono adorganizzarsi in capsule simili a membrane plasmatiche con le testeidrofile allesterno e code idrofobe verso linterno della capsula.

Sulla Terra quindi non vi una sola forma di vita e ci induce aritenere che in condizioni di temperatura e di pressione diverse dallanostra, si possono generare forme di vita diverse, sfruttando i materiali

biologici che si trovano nello spazio (o anche di nuovi che si formanoper radiazioni ultraviolette).

3.5 POSSIBILIT DI VITA SU ALTRI PIANETI

MARTEMarte il pianeta pigeologicamente simile alla Terra, enon del tutto esclusa, vista lapresenza di acqua sul pianeta, lapossibilit di trovare una qualcheforma di vita, magari nel sottosuolomarziano. L'ambiente marzianooggi inospitale a causa della bassatemperatura superficiale e della

bassa pressione atmosferica che nonpermettono l'esistenza di acqualiquida. In passato per, circa 4miliardi di anni fa', probabilmentele condizioni climatiche erano molto differenti, l'atmosfera era forse pidensa e l'effetto serra rendeva pi caldo il pianeta. In queste condizionipoteva esistere acqua liquida come sembrano mostrare le fotoravvicinate della superficie di Marte. Oggi l'acqua potrebbe trovarsi


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nelle calotte polari, congelata poco sotto la superficie (permanfrost),visto che sulla superficie non pu esistere, perch l'atmosfera troppotenue provocherebbe l'immediata evaporazione del ghiaccio. Inpassato, in un ambiente ricco dacquaprobabilmente si sviluppata unaforma di vita.Nel 1997 il ritrovamento in Antartide del meteorite ALH 84001, chedopo attenti analisi stato scoperto proveniente dal pianeta rosso, hadato inizialmente una speranza alla ricerca della vita; Esaminandoquesta meteorite alcuni ricercatori hanno trovato all'interno di essacomposti organici complessi (gli idrocarburi policiclici aromatici, PAH)e strutture tubolari lunghe solo qualche decimillesimo di millimetrovagamente simili ai batteri fossili terrestri. Se questi fossero originari diMarte costituirebbero la prima prova dell'esistenza di vita fuori dellaTerra. Probabilmente per gli oggetti tubolari trovati sono di originenaturale e i PAH sono frutto della contaminazione con i ghiaccidell'Antartide dopo la caduta sulla Terra del meteorite.

EUROPAEuropa il quarto satellite per grandezza di Giove, Ha dimensioni circauguali a quelle della nostra Luna ed ha una superficie completamentericoperta da uno spesso strato di ghiaccio. Si pensa che sotto lasuperficie di Europa ci sia uno strato di acqua liquida mantenuta taledal calore generato dalle "maree" causate dall'interazionegravitazionale con Giove. La temperatura sulla superficie di Europa di circa 110K (-163C) all'equatore e di solo 50 K (-223 C) ai poli,cosicch il ghiaccio superficiale permanentemente congelato. stato ipotizzato che lavita potrebbe esistere in questo oceano al disotto del ghiaccio, in un ambiente simile a quello dellesorgenti

idrotermali presenti sulla Terra nelle profondit dell'oceano o sul fondodelLago Vostok,inAntartide.Esistono grandi differenze tra Europa ela Terra; poich il nostro pianeta non un corpo gelido formato darocce, ma un pianeta con unintensa attivit biologica da miliardi dianni. Non bisogna per dimenticare che sul nostro pianeta sono statetrovate forme di vita in ambienti particolarmente estremi. Ma ci sonoaltri punti poco chiari, ad esempio secondo le misure radar il lagoVostok dacqua liquida; si suppone che a tener liquida l'acqua del lago

sia primariamente il calore geotermico che fluisce dalla fessura tettonicadove esso collocato. Importanti sono per anche l' altissima pressione
http://it.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://it.wikipedia.org/wiki/Centigradohttp://it.wikipedia.org/wiki/Vita_extraterrestrehttp://it.wikipedia.org/wiki/Black_smokerhttp://it.wikipedia.org/wiki/Black_smokerhttp://it.wikipedia.org/wiki/Lago_Vostokhttp://it.wikipedia.org/wiki/Antartidehttp://it.wikipedia.org/wiki/Antartidehttp://it.wikipedia.org/wiki/Lago_Vostokhttp://it.wikipedia.org/wiki/Black_smokerhttp://it.wikipedia.org/wiki/Black_smokerhttp://it.wikipedia.org/wiki/Vita_extraterrestrehttp://it.wikipedia.org/wiki/Centigradohttp://it.wikipedia.org/wiki/Kelvin


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(circa 350 atm) e l'effetto isolante del ghiaccio soprastante.

TITANOTitano, la luna pi grande diSaturno, lunica nel sistemasolare a possedere una densaatmosfera. Nonostante letemperature estremamente bassesulla superficie della luna, lapresenza di un liquido considerata un elementodeterminante per lo sviluppo dellavita, e grazie alle osservazionidella sonda ora si sa che su Titanoci sono laghi di idrocarburi. Nel2005 Chris McKay e Heather R. Smith ipotizzarono che microbiesotici potrebbero respirare idrogeno e cibarsi di acetilene, creandometano. Come conseguenza si sarebbe osservata una mancanza diacetilene e un consumo di idrogeno a livello della superficie. Datirecenti sembrano confermare questa ipotesi: non si rilevato acetilene,mentre la radiazione UV del sole ne produrrebbe di continuonellatmosfera. Anche lidrogeno, prodotto con un processo analogo,scende negli strati atmosferici pi bassi ma non sembra accumularsisulla superficie. Processi non biologici potrebbero spiegare lascomparsa dei due composti chimici, ma le reazioni richiedono tempimolto pi lunghi di quelli osservati.


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4.CONCLUSIONI

Gli organismi estremofili rappresentano senza ombra di dubbio uncampo dindagine ampio e complesso che non pu essere sintetizzatosemplicemente in una tesina, ma va ampliato con la ricerca poich leloro propriet possono cambiare e semplificare la nostra quotidianit inmaniera visibile e in altri casi molto pi implicita.Ci possono aiutare nella medicina, con nuove possibili applicazioni perdifenderci da malattie; nellindustria, per semplificare vari processi oanche per salvaguardare lambiente dal quale tutti dipendiamo.Ma un ultimo e importante utilizzo di questi microrganismi quello

che porta a capire come la vita si sia formata (o sia arrivata) sul nostropianeta e rispondere, o almeno allietare, le domande che lumanit si sempre posta sulla vita, ovvero la visione un po egoistica se siamo cosspeciali da essere lunico pianeta nel quale questo fenomeno siaavvenuto, oppure uno tra i tanti nellimmenso universo.


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5.BIBLIOGRAFIA E SITI WEB

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http://www.corriere.it/scienze_e_tecnologie/08_dicembre_16/criovulcani_titano_giovanni_caprara_3f20b304-cb8e-11dd-839f-00144f02aabc.shtmlhttp://www.corriere.it/scienze_e_tecnologie/08_dicembre_16/criovulcani_titano_giovanni_caprara_3f20b304-cb8e-11dd-839f-00144f02aabc.shtml

Tesina Microbiologia Liberati Alessandro - Uso Estremofili

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