Crescita batterica

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La crescita dei microrganismi è descritta come un incremento dei costituenti cellulari che porta all'aumento di dimensioni della cellula batterica, all'aumento numerico della popolazione batterica o entrambe le cose. Se un microrganismo aumenta di dimensioni e non si divide è detto cenocitico. In questo caso non si ha aumento numerico della popolazione. Se un microrganismo aumenta di dimensioni e si divide dando origine a due cellule figlie fa aumentare il numero di cellule della popolazione.

Ci sono vari modi per cui l'organismo può crescere e successivamente dividersi:

La curva di crescita[modifica | modifica sorgente]

Quando un microrganismo si instaura in un nuovo ambiente, il suo modo di moltiplicarsi non è costante ma dipende dalle caratteristiche dell'ambiente, dalla temperatura ma anche dal tipo di microrganismo.

Il modo in cui un microrganismo si può moltiplicare si divide in 4 fasi:

  • Fase di latenza: è il periodo che ci mette il microrganismo ad adattarsi all'ambiente.
  • Fase crescita esponenziale: è quella fase dove il microrganismo si moltiplica velocemente, sfruttando al massimo le risorse dell'ambiente.
  • Fase stazionaria: è quella fase dove metà dei microrganismi cresce e si duplica, invece l'altra metà muore. Di conseguenza il numero totale dei microrganismi rimane costante
  • Fase di declino: è quella fase dove il numero di microrganismi scarseggiano, di conseguenza il numero di cellule che muoiono sono di più rispetto a quelle che riescono a duplicarsi

Parametri per misurare la crescita[modifica | modifica sorgente]

Durante la fase esponenziale, tutti i microrganismi si dividono secondo intervalli di tempo costanti. Nel corso di una generazione dunque la popolazione batterica raddoppierà di numero. Il raddoppio del numero di cellule o batteri nell'intervallo di tempo è detto tempo di generazione.

Si consideri una determinata specie di batterio che si divide, per esempio, ogni 20 minuti.

Partendo al tempo 0 avremo un numero di cellule o batteri ben definito che chiameremo popolazione al tempo 0 o popolazione iniziale, dopo 20 minuti di tempo si formerà la prima generazione e la nuova popolazione al tempo 1 conterrà il doppio delle cellule o batteri iniziali rispetto alla popolazione al tempo 0. Dopo ulteriori 20 minuti (quindi dopo 40 minuti dal tempo 0) si formerà la seconda generazione e quindi il numero di cellule o batteri, presenti a questo tempo, che chiameremo popolazione al tempo 2 sarà il doppio rispetto alla popolazione precedente (popolazione al tempo 1) ed il quadruplo rispetto alla popolazione al tempo 0.
Durante la fase di crescita esponenziale del nostro esempio, quindi, ogni venti minuti, la popolazione batterica raddoppia di numero. (Notare bene che nella fase di crescita esponenziale, pochissime cellule andranno incontro alla morte e quindi il numero di cellule che muoiono è trascurabile rispetto a quelle vive che si dividono e raddoppiano in numero al trascorrere di ogni intervallo di tempo di generazione.)

Per cui il numero di microrganismi di una popolazione in fase di crescita esponenziale sarà dato sempre da 2^n, dove n è il numero di generazioni. In genere si conoscono il numero di cellule al tempo t (Nt) e il numero iniziale di cellule o numero di cellule al tempo 0 (N0). Da essi si può conoscere il numero di generazioni (n).

Infatti:

N_t=N_0\times 2^n

Ponendo in logaritmo di base 10 si ottiene:

\log N_t=\log N_0+n\times\log 2

da cui:

n=\frac{\log N_t-\log N_0}{\log 2}= \frac{\log N_t-\log N_0}{0,301}


La velocità di crescita (R) è data dal rapporto del numero di generazioni (n) e il tempo di incubazione (t):


R=\frac{n}{t}


Il tempo necessario al raddoppio della popolazione o tempo di generazione (G) sarà:


G=\frac{1}{R}

da cui si ottiene anche:


R=\frac{1}{G}

Misurazione della crescita batterica[modifica | modifica sorgente]

I metodi per determinare la popolazione batterica sono:

  • misurare il numero delle cellule.
  • misurare la massa cellulare.

Misurazione del numero di cellule[modifica | modifica sorgente]

Si può misurare il numero delle cellule attraverso tre strategie:

Camera conta cellule[modifica | modifica sorgente]

La camera contacellule è formata da un vetrino grigliato. Questa griglia è formata da tutta una serie di cellette di dimensioni definite per cui conoscendo il volume di ogni celletta e contando i batteri presenti all'interno di esse, si può avere una stima del numero di batteri totali presenti nel campione. Questo tipo di conta viene definita conta di Petroff e Hauster. Questo metodo però sovrastima il numero di batteri in quanto tiene conto di cellule morte.

Conta vitale[modifica | modifica sorgente]

La conta vitale è la determinazione del numero delle cellule vitali, cioè capaci di riprodursi e quindi formare colonie.

Per determinare la conta vitale si può usare il metodo di piastramento per inclusione, oppure di piastramento in superficie. Nel piastramento per inclusione il campione di origine viene diluito, anche più di una volta, in modo da ottenere una popolazione microbica ridotta in quantità sufficiente a ottenere sulla piastra colonie isolate.

Un campione non opportunatamente disciolto potrebbe presentare microrganismi non opportunatamente dispersi sulla piastra e le colonie possono sovrapporsi. Ne deriva che il numero dei microrganismi sarà sottostimato in quanto, per effetto della sovrapposizione, si avranno meno colonie da contare. Per questo, piuttosto che il numero dei microrganismi si preferisce contare le unità formanti colonie, indicate con la sigla UFC .

Un campione troppo diluito porterebbe a un numero di colonie troppo basso dal punto di vista statistico. L'ideale è che il campione sulla piastra possa produrre tra le 25 e le 250 colonie. Il numero di colonie ottenuto nella piastra va moltiplicato per il fattore di diluizione applicato.

Esempio: 1 ml di campione originale viene diluito secondo 1:106. Il piastramento del campione ha dato 120 colonie.

Quindi la conta vitale sarà:

120 colonie\times10^6=1,2\times10^8 batteri/ml.

Il piastramento per inclusione, richiede il riscaldamento dell'agar per un limitato periodo e miscelare dunque insieme ad esso le cellule del campione. Questo trattamento altera o uccide le cellule più sensibili.

L'uso delle membrane filtranti è un altro buon metodo per misurare la popolazione batterica. Qui le cellule vengono prima filtrate attraverso la membrana filtrante che poi viene posta in una piastra con terreno adeguato. L'incubazione porta alla crescita delle colonie che si possono infine contare.

Misurazione della massa cellulare[modifica | modifica sorgente]

Effetti dell'ambiente sulla crescita batterica[modifica | modifica sorgente]

La crescita dei microrganismi è fortemente influenzata dall'ambiente e dai suoi cambiamenti. Di seguito alcuni fattori che ne influenzano la crescita.

Attività dell'acqua[modifica | modifica sorgente]

Le membrane cellulari sono selettivamente permeabili e l'acqua provoca nel suo passaggio dall'ambiente all'interno della cellula e viceversa profondi cambiamenti. Il movimento descritto è l'osmosi. Possiamo trovarci fondamentalmente di fronte a due situazioni:

  • Ambiente ipertonico: l'acqua fuoriesce dalla cellula verso l'ambiente. Di conseguenza la cellula si disidrata e la membrana citoplasmatica si trova più lontana dalla sua parete. In queste condizioni la cellula perde la sua attività metabolica e cessa di crescere.
  • Ambiente ipotonico: l'acqua entra nella cellula fino a farla scoppiare. In genere la cellula evita ciò grazie a una parete rigida che conferisce forma e integrità alla cellula. Oppure utilizza i soluti compatibili, cioè sostanze compatibili che non alterano l'attività metabolica e la crescita cellulare, per neutralizzare l'ipotonicità dell'ambiente.

pH[modifica | modifica sorgente]

Il pH influenza notevolmente l'attività delle proteine e in particolare degli enzimi

Concentrazione di O2[modifica | modifica sorgente]

In base alla risposta a O2, un microrganismo può rientrare in una delle seguenti categorie:

  • Aerobio obbligato: cresce esclusivamente in presenza di O2. Produce, infatti, energia dalla via respiratoria che utilizza O2 come accettore terminale di elettroni.
  • Aerobio facoltativo: cresce in presenza di O2 generando energia attraverso la via respiratoria con O2 che è l'ultimo accettore di elettroni, ma può adottare anche vie anaerobie per produrre energia quando O2 scarseggia.
  • Anaerobio obbligato: cresce esclusivamente con meccanismi che producono energia senza O2. Infatti l'ossigeno molecolare è letale per questo tipo di microrganismo.
  • Anaerobio tollerante: cresce mediante meccanismi anaerobi ma tollera la presenza di O2 anche se non lo utilizza.


Prodotti dell'ossigeno[modifica | modifica sorgente]

L'ossigeno è presente per il 21% nell'atmosfera terrestre sotto forma di ossigeno molecolare O2. Essa è una molecola altamente reattiva che tende ad ossidare la maggior parte delle sostanze con cui viene in contatto. L'O2 tende a "strappare" elettroni anche a tutti i costituenti cellulari (lipidi, DNA, RNA, proteine ecc.) procurando danni gravissimi alla cellula. Quindi, tutti gli organismi che utilizzano O2 possiedono un efficace sistema di difesa (da O2 e da tutti i radicali liberi che esso genera) costituito dalla produzione di un insieme di sostanze dette antiossidanti.

Temperatura[modifica | modifica sorgente]

La temperatura influenza di molto la velocità delle reazioni chimiche, il metabolismo e di conseguenza anche la crescita dei microrganismi. A basse temperatura, aumentando gradatamente la temperatura la velocità delle reazioni aumenta fino a raggiungere un valore massimo. Alzando ulteriormente la temperatura la velocità diminuisce drasticamente perché a elevate temperatura enzimi, proteine di trasporto e altre proteine denaturano e la membrana cellulare viene distrutta. Ponendo in un grafico la velocità di crescita in funzione della temperatura, la curva che ne risulta è una sorta di campana. Su di essa si possono individuare tre punti, chiamati temperature cardinali. Esse sono: la temperatura minima, ottimale e la massima.

  • Temperatura minima: la temperatura più bassa a cui non si assiste a crescita
  • Temperatura ottimale: è la temperatura a cui la velocità di crescita è massima.
  • Temperatura massima: è la temperatura oltre la quale la cellula comincia a subire danni anche letali.

Queste temperature sono caratteristiche delle specie, le quali si possono identificare in una delle seguenti categorie:

Categoria Temperatura minima Temperatura ottimale Temperatura massima Tipo ambiente Esempi
Psicrofili 0 °C 15 °C 20 °C Artico, Antartico, ghiacci, nevai, oceano Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter
Psicotrofi 0 °C 20 °C - 30 °C 35 °C nei cibi refrigerati principalmente funghi
Mesofili 15 °C 20 - 40 °C 45 °C Essere umano I principali patogeni dell'uomo
Termofili 45 °C 65 °C 70 °C Sorgenti termali, aree vulcaniche, impianti di riscaldamento Bacillus thermoleovorans
Ipertermofili >70 °C 85 - 100 °C 120 - 130 °C Sorgenti idrotermali, fumarole, aree vulcaniche Pyrococcus woesei, Thermotoga maritima, Pyrolobus fumarii, Thermus acquaticus

A temperature basse, i microrganismi devono adottare sistemi di protezione al freddo. I batteri adattati a questi climi adottano una composizione di membrana in acidi grassi insaturi in modo da farla rimanere semifluida. Inoltre vi sono proteine, enzimi e meccanismi adattati al freddo. Ad alte temperature invece le membrane sono più ricche di acidi grassi saturi e le proteine sono termostabili. Inoltre la struttura secondaria degli acidi nucleici (RNA e DNA) sembra stabilizzata dalla sovrabbondanza di basi Guanina e Citosina, che, formando tra di loro legami tripli, richiedono un maggior quantitativo di energia per essere destrutturati, caratteristica che rende gli acidi nucleici più resistenti alle alte temperature. L'aggiunta in basi G e C è garantita da modificazioni post-trascrizionali [2]

Radiazioni[modifica | modifica sorgente]

Le radiazioni elettromagnetiche sono estremamente dannose per gli organismi viventi. Esistono vari tipi di radiazioni dannose:

  • Radiazioni ionizzanti: sono radiazioni a lunghezza d'onda molto breve ma ad alto contenuto energetico. Esse causano la perdita di elettroni degli atomi che si trovano sul loro percorso in un processo noto come ionizzazione.

Le radiazioni ionizzanti sono di due tipi: direttamente ionizzanti (es. particelle cariche accelerate) ed indirettamente ionizzanti (es. raggi gamma e raggi X). Bassi livelli di radiazione provocano mutazioni e sono indirettamente letali mentre alti livelli sono causa diretta di morte.

  • Radiazioni ultraviolette: sono radiazioni di breve lunghezza d'onda e alto contenuto energetico. Tra queste vi è quella dove il Dna ha il picco di assorbimento più alto (260 nm). Esse sono letali. Alcune radiazioni sono bloccate dallo strato di ozono. I batteri hanno vari sistemi di riparazione che si contrappongono ai danni delle radiazioni.

Pressione[modifica | modifica sorgente]

La pressione della superficie terrestre è 1 atm e gli organismi viventi si sono evoluti in funzione di essa e non ne sentono l'effetto. Tuttavia ci sono luoghi sulla Terra in cui la pressione è più alta come ad esempio la profondità degli oceani. I microrganismi reagiscono in maniera diversa alla pressione. Ci sono i batteri barotolleranti che tollerano un aumento di pressione rispetto ai batteri non tolleranti e ci sono batteri che crescono meglio a pressione elevata. Quest'ultimi sono i cosiddetti barofili.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Microbiologia: Conta microbica automatizzata.
  2. ^ Pikuta, Elena V., Hoover, Richard B. and Tang, Jane (2007) 'Microbial Extremophiles at the Limits Of Life'. Critical Reviews in Microbiology, 33:3, 183-209

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Pikuta, Elena V., Hoover, Richard B. and Tang, Jane (2007) 'Microbial Extremophiles at the Limits Of Life'. Critical Reviews in Microbiology, 33:3, 183-209
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