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MICROBIOLOGIA prof. Antonio agraria/microbiologia/appunti... · PDF file1 MICROBIOLOGIA prof. Antonio Farris Alessandro Bellotto Renato Sedda CAP. 1 Microrganismi e microbiologia

Aug 25, 2018

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    MICROBIOLOGIA prof. Antonio Farris Alessandro Bellotto Renato Sedda

    CAP. 1 Microrganismi e microbiologia La microbiologia odierna una scienza dinamica, con ramificazioni di fatto in tutte le scienza della vita. La microbiologia lo studio dei microrganismi: numeroso gruppo di microscopici organismi tra loro diversi che possono esistere come singola cellula o come raggruppamenti di cellule. Essa studia anche i virus, microscopici ma non cellulari. Le cellule microbiche si distinguono da quelle animali e vegetali, che sono incapaci di vivere da sole in natura e possono esistere solo come parti di un organismo pluricellulare. Al contrario del macrorganismo, i microrganismi sono generalmente in grado di effettuare tutti i processi legati alle funzioni vitali di crescita, di generazione dellenergia e di riproduzione indipendentemente dalle altre cellule. La microbiologia studia i microrganismi ed considerata una scienza di base e una scienza applicata. Come scienza biologica di base, essa offre alcuni importanti strumenti per capire i meccanismi dei processi vitali; le cellule microbiche condividono molte propriet biochimiche con quelli degli organismi pluricellulari; questo aspetto, unito al fatto che i microrganismi possono crescere in colture di laboratorio ad alta densit cellulare, per effettuare studi di biochimica e genetica, li rende un modello di studio eccellente per la conoscenza delle funzioni cellulari negli organismi superiori. La cellula del lievito utilizzata come modello di riferimento nella descrizione della cellula eucariotica. Come scienza applicata, la microbiologia si occupa di problemi pratici di grande importanza in medicina, agricoltura (per esempio la fertilit dei suoli e lhumus) e industria (soprattutto nella trasformazione). (fermentazione alcolica lieviti; fermentazione lattica batteri). Biosfera: spazio dove possibile la vita, con T e P idonee. Le due condizioni fondamentali perch la vita sia possibile sono le sostanze nutritive e lenergia. La biosfera un sistema aperto: arriva tutta lenergia necessaria senza che si preoccupi di riutilizzarla, perch la fonte, il sole, continua ad inviarla. Lenergia, che viene captata dalle piante e trasformata in energia chimica, attraverso i livelli trofici viene trasformata in energia non pi utilizzabile (calore). Per quanto riguarda le sostanze nutritive, la materia sempre la stessa ed presente in forme diverse. Le piante (autotrofe) necessitano di sostanze inorganiche, mentre gli eterotrofi di sostanza organica. La degradazione della sostanza organica, nel ciclo della materia, produce H2O, CO2 e sali minerali. I microrganismi fanno parte dellanello che unisce la sostanza organica a quella inorganica. Altri organismi (mesofauna) fanno parte di tale anello: per esempio il lombrico (anche 14 quintali per ettaro di terreno) fa passare il terreno nel suo corpo degradandone il 25% e sminuzzandone il 75% . Tutti i microrganismi sono ecologicamente utili perch fanno parte del sistema vita; ma per linteresse delluomo possono risultare utili (per es. i batteri acetici nella produzione dellaceto) o dannosi (per es. i batteri che acidificano il vino e i patogeni). I microrganismi (per lo pi eterotrofi) hanno un ruolo centrale nei confronti delle attivit umane e di tutti gli aspetti che riguardano la vita sulla terra; in loro assenza nessuna forma vivente avrebbe potuto apparire o potrebbe oggi essere presente; basti pensare che lossigeno che respiriamo il risultato dellattivit microbica (i cianobatteri o alghe azzurre sono i primi organismi aerobi comparsi sulla Terra e sono azoto fissatori che liberano ossigeno).

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    La cellula lunit fondamentale della vita. La membrana cellulare la barriera che separa il compartimento interno dallesterno e inoltre regola il flusso delle sostanze attraverso essa. Una struttura chiave il nucleo (presente solo negli eucarioti, con membrana e pi cromosomi) oppure il nucleoide (presente nei procarioti, senza membrana e un solo cromosoma circolare), dove sono localizzate le informazioni genetiche (DNA), e il citoplasma, dove sono presenti tutte le strutture deputate alla crescita e al funzionamento cellulare. Tutte le cellule sono costituite da almeno 4 componenti chimici: PROTEINE, ACIDI NUCLEICI, LIPIDI E POLISACCARIDI. La cellula un sistema aperto che si relaziona con lambiente; in condizioni non idonee in grado di rallentare o di bloccare il metabolismo, inoltre ci sono cellule che in condizioni sfavorevoli creano una struttura di resistenza: la spora. Una volta comparsa la prima cellula (circa 4 miliardi di anni fa) sono seguiti eventi come lo sviluppo e la divisione per formare popolazioni di cellule da cui levoluzione ha potuto operare selezioni per migliorare e diversificare, quindi sorta lenorme diversit di tipi cellulari tuttora esistenti. Dal momento che le cellule sono costituite dalle 4 classi di macromolecole e condividono aspetti comuni, si pu ipotizzare che tutte le cellule discendano da un comune antenato.

    I microrganismi ricavano Energia e trasmettono i caratteri alla progenie.

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    Caratteristiche dei sistemi viventi

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    Le cellule vivono in natura in associazione con altre cellule in una sorta di agglomerato chiamato popolazione. Le popolazioni sono quindi composte da gruppi di cellule correlate, generalmente derivate da una singola cellula per successive divisioni cellulari. Il luogo dove la popolazione microbica vive si chiama habitat. In natura raramente le popolazioni vivono isolate, eccetto in alcuni casi particolari, come nella fermentazione alcolica del mosto; esse convivono e interagiscono con altre popolazioni cellulari assemblate nelle comunit microbiche, consistenti di cellule plantoniche in ambienti acquatici, ma molto pi spesso adese a formare biofilm su superfici viventi e non viventi. Lefficienza di una comunit microbica in un dato habitat determinata in gran parte dalle caratteristiche fisico-chimiche dellambiente. Lecosistema linsieme degli organismi viventi e delle caratteristiche chimico-fisiche del loro ambiente. Le propriet di un ecosistema sono spesso sotto il controllo di attivit microbiche. Nelle comunit microbiche le diverse specie di microrganismi sono responsabili di molti fenomeni, come per esempio le trasformazioni. Solo alcune trasformazioni sono specifiche, cio operate da gruppi puri di microrganismi della stessa specie, come la nitrificazione (da ammonio ad N nitrico NO3, utilizzabile dagli organismi autotrofi). (Solo il riso riesce a utilizzare, in piccola parte, anche sali di ammonio NH4

    +). Gli ecosistemi naturali sono regolati dallattivit dei microrganismi e per esempio nei pascoli la fertilit garantita da essi (gli azoto-fissatori possono apportare anche 300 Kg N anno/ha). La mineralizzazione si ottiene anche con gli incendi, con la grossa differenza che si salta limportante fase intermedia della formazione dellhumus, che in grado di trattenere lumidit e le sostanze nutritive, e che determina la struttura e la fertilit del suolo stesso. Lincenerimento, anche dei rifiuti, il peggiore metodo di degradazione e smaltimento. Le cellule microbiche sono troppo piccole per essere viste a occhio nudo (pu distinguere fino ad 1/10 di mm) ed necessario luso del microscopio. In un cm quadrato di pelle ci sono 100mila microrganismi e nella testa sono presenti in maggiore numero. Il numero totale delle cellule microbiche sulla Terra, specificatamente dei procarioti (detti anche batteri), dellordine di 5 x 1030 cellule. Le cellule procariotiche, nella loro infinitesima dimensione, costituiscono la maggior quota di biomassa presente sulla Terra e una fondamentale riserva di nutrienti essenziali per la vita. In un grammo di terra ci possono essere anche 1012 microrganismi. In un ml di mosto in fermentazione, ci sono un miliardo di lieviti.

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    Impatto dei microrganismi sulle attivit delluomo

    I MICRORGANISMI COME AGENTI DI MALATTIA Allinizio dell XX secolo la principale causa di mortalit era rappresentata dalle malattie infettive (influenza, polmonite, tubercolosi e gastroenterite), che attualmente rappresentano un problema di importanza minore. Il controllo delle malattie infettive stato il risultato di una completa comprensione del processo infettivo e dellutilizzo degli agenti antimicrobici. Pur vivendo oggi in un epoca in cui i microrganismi patogeni sono tenuti sotto controllo, essi possono rivelarsi una grave minaccia alla sopravvivenza degli individui in particolari situazioni patologiche (affetti da AIDS o da microrganismi multiresistenti agli antibiotici). Tuttavia la maggior parte dei microrganismi non sono dannosi per luomo bens benefici, essendo responsabili di processi di grande valore per le societ umane. Consideriamo qualche esempio:

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    - I MICRORGANISMI E LAGRICOLTURA Tutto il nostro sistema dellagricoltura dipende in gran parte dalle attivit microbiche; le leguminose sono piante che vivono in stretta associazione con una specie batterica che forma alle loro radici strutture chiamate noduli; in questi ultimi lN2 atmosferico convertito in un composto azotato fissato che pu essere usato dalle piante nel loro sviluppo. Tali piante sono in grado di dare al suolo 200-300 Kg N anno/ha. Altri gruppi microbici di fondamentale importanza in agricoltura sono quelli che intervengono nel processo digestivo dei ruminanti. I microrganismi svolgono inoltre un ruolo chiave nel riciclaggio di importanti nutrienti per la nutrizione delle piante, in particolare C, N, S, rendendoli accessibili alle piante. Tuttavia i microrganismi possono essere anche dannosi per piante e animali provocando infezioni. - I MICRORGANISMI E GLI ALIMENTI I microrganismi ricoprono una funzione fondamentale nellindustria alimentare. Il deterioramento delle derrate aliment

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