Batteri e le loro caratteristiche

I Batteri

• I batteri sono procarioti unicellulari che colonizzano il nostro organismo, vivendo in forma transitoria (commensalismo) o come parassiti.
• Sono spesso responsabili di malattie perché producono sostanze patogene che danneggiano l'organismo.
• La parete cellulare è una struttura importante dei batteri, delimita esternamente la cellula batterica al di fuori della membrana citoplasmatica.
• La parete cellulare ha diverse funzioni:
  • protezione meccanica
  • regolazione della forma
  • mantiene l'integrità della cellula
  • contribuisce alla virulenza
• La parete cellulare dei batteri è composta da peptidoglicano.
• I batteri possono essere classificati in base alla forma:
  • BACILLI: forma di bastoncino
    • Diplobacilli: a coppia
    • Streptobacilli: a catenelle
  • COCCHI: sferici
    • Diplococchi: a coppia
    • Stafilococchi: a grappolo
    • Streptococchi: a catenelle
  • VIBRIONI: a virgola
  • SPIRILLI: a spirale

Farmaci Antibatterici

• Gli antibiotici sono sostanze prodotte da batteri o funghi in grado di inibire la crescita di altri microrganismi.
• La scoperta della penicillina, il primo antibiotico, fu casuale.
• La maggior parte dei farmaci antibatterici viene oggi prodotta per via sintetica o semisintetica.
• I farmaci antibatterici agiscono in modo selettivo sulla cellula microbica senza interferire con le cellule eucariotiche.
• BACTERIOSTATICO: Arresta la moltiplicazione del microrganismo.
• BACTERICIDA: uccide i batteri.
• SPETTRO D'AZIONE: il ventaglio di specie batteriche nei confronti delle quali l'antibiotico mostra la sua attività.
  • AMPIO: la molecola è attiva verso batteri Gram positivi e negativi.
  • MEDIO: la molecola è attiva, ad esempio verso batteri Gram positivi e alcuni Gram negativi (o viceversa).
  • RISTRETTO: la molecola è attiva verso solo batteri Gram positivi o solo verso Gram negativi.

Principali Meccanismi d'Azione degli Antibiotici

• Inibiscono la sintesi della parete cellulare:
  • β-Lattamici: sono accomunati dalla presenza di un anello β-lattamico. Legano le PBP (penicillin Binding proteins) e gli enzimi responsabili della sintesi del peptidoglicano.
  • Esempi di β-lattamici: penicilline, cefalosporine, carbapenemici, cefamicine, monobattamici, vancomicina, daptomicina, bacitracina, isoniazide, etambutolo, cicloserina, etionammide.
• Inibiscono la sintesi di acidi nucleici: agendo sulla duplicazione del DNA (novobiocina) o sulla sua trascrizione in RNA (rifamicine).

Ciclo Replicativo del Virus Influenzale

• Il virus influenzale attacca la cellula attraverso i trimeri di HA (hemagglutinina) e i residui di acido sialico.
• L'endocitosi del virus porta ad un processo che porta ad un abbassamento del pH nell'endosoma, attivando la proteina M2.
• La proteina M2 funge da canale ionico, trasportando ioni idrogeno all'interno del lume.
• L'ambiente acido determina l'attivazione della componente fusogena di HA, permettendo la fusione tra la membrana endosomale e il pericapside virale.
• I complessi vRNP (complessi virali ribonucleoproteic = RNA + nucleoproteina [NP]) vengono rilasciati nel citoplasma.
• I complessi ribonucleoproteici vengono trasportati nel nucleo dove avviene la loro replicazione e trascrizione.
• La sintesi delle proteine, sia strutturali che funzionali, porta al rilascio di nuovi virioni.

Sistema di Nomenclatura Virus Influenza

• Il virus influenzale si suddivide in tipi A, B e C.
• L'influenza di tipo A si suddivide in sottotipi in base alle proteine di superficie HA e NA.
• Esistono diversi ceppi del virus influenzale, classificati in base alle proteine di superficie (HA -NA).

Variabilità del virus influenzale

• Drift Antigenico: mutazioni minori, responsabili di varianti epidemiche.
• Shift Antigenico: mutazioni maggiori (riassortimento), responsabili di varianti pandemiche.

Retrovirus

• I retrovirus della famiglia Retroviridae sono dotati di un pericapside con una capside isometrica. Il genoma è costituito da due molecole di RNA monocatenario a polarità positiva, formando un genoma diploide.

Informazioni Aggiuntive sul Virus Influenza

• Nei casi di infezioni da virus influenzale, rotavirus, o agenti di enteriti acute, la replicazione primaria può essere di estensione tale da diventare essa stessa causa di malattia sintomatica.
• Il processo infettivo può rimanere localizzato sia per caratteristiche specifiche del virus, sia per una pronta attivazione delle risposte immunitarie.

Infezioni Disseminate

• La replicazione primaria è spesso limitata e quasi sempre asintomatica o paucisintomatica.
• La diffusione sistemica del virus, lontano dal sito di ingresso, avviene con l'immissione in circolo delle particelle infettanti.
• La disseminazione per via ematica può avvenire anche dopo la produzione di anticorpi neutralizzanti, perché i virioni possono essere veicolati all'interno di cellule come monociti o linfociti attivati.

Diffusione del Virus nell'Organismo Ospite

• La diffusione può avvenire nella stessa sede di impianto, per via ematica o per via nervosa.

Eliminazione del Virus dall'Organismo Ospite

• L'eliminazione del virus assicura la sua permanenza nella sua sfera ecologica e determina le modalità di trasmissione.

I Funghi

• I funghi possono essere patogeni opportunisti per l'uomo.
• Le più comuni micosi opportunistiche sono candidosi, aspergillosi e criptococcosi.
• Le micosi opportunistiche sono causate da funghi presenti nell'ambiente o nell'uomo come commensali.
• Queste infezioni si manifestano in individui debilitati da patologie come diabete, neoplasie, o in pazienti immunodepressi.
• I più comuni funghi opportunisti nei paesi occidentali sono:
  • Candida spp: Candida albicans
  • Cryptococcus neoformans
  • Aspergillus spp.
  • Pneumocystis jirovecii
• La Candida albicans è il principale patogeno fungino opportunista, ed è responsabile di infezioni importanti durante la gravidanza (candida neonatale).

I Parassiti

• I parassiti sono organismi che vivono all'esterno o all'interno di un organismo ospite, dipendendo metabolicamente dall'ospite per la loro sopravvivenza.
• I parassiti vengono classificati in due grandi gruppi:
  • Ectoparassiti: vivono sulla superficie dell'ospite (es: pidocchi, zecche).
  • Endoparassiti: vivono all'interno di un organismo ospite (es: vermi, protozoi).

Classificazione dei Parassiti

• I parassiti vengono classificati in tre grandi gruppi:
  • Protozoi: organismi unicellulari eucarioti.
  • Artropodi: organismi pluricellulari (es: insetti, aracnidi).
  • Elminti: organismi pluricellulari (vermi).

Protozoi

• Sono organismi unicellulari eucarioti.
• Dimensioni da 2 a 100μm.
• Producono energia attraverso reazioni fermentative e ossidative.
• Le diverse forme di protozoi si differenziano in base alla loro locomozione:
  • Amebe: si muovono per estensione di proiezioni citoplasmatiche (MOBILI) con riproduzione asessuata.
  • Flagellati: si muovono grazie a flagelli simili a fruste (MOBILI) con riproduzione asessuata.
  • Ciliati: si muovono mediante il battito sincrono di ciglia simili a capelli.
  • Sporozoi: forme adulte prive di motilità (IMMOBILI) con alternanza di riproduzione sessuata (ospite definitivo) e asessuata (ospite intermedio).

Elminti

• Sono organismi multicellulari complessi, allungati a simmetria bilaterale, detti "vermi".
• Possono raggiungere elevate dimensioni.
• La superficie esterna dei vermi è ricoperta da una cuticola protettiva acellulare che può essere liscia o presentare creste, spine o tubercoli.
• Hanno un sistema nervoso ed escretorio primitivo.

Il ruolo microscopico

• Le osservazioni con il microscopio di Leeuwenhoek portarono all'idea della generazione spontanea, un'idea che gli esperimenti di Redi sembravano aver respinto.
• Il dibattito tra la biogenesi (la vita deriva dalla vita) e l'abiogenesi (la vita si origina da sostanze non viventi) si spostò dal mondo macroscopico dei vermi e delle mosche al mondo microscopico dei protozoi e dei batteri.

Antony van Leeuwenhoek

• Tra i primi scienziati ad utilizzare, diffondere e migliorare l'uso del microscopio a partire dal XVII secolo.

John Needham

• Nel 1745, il naturalista inglese John Needham condusse esperimenti a favore dell'abiogenesi.
• Needham scaldò liquidi nutritivi, come il brodo di pollo o gli infusi di erbe, in provette chiuse con garza.
• Nonostante le precauzioni prese per impedire l'ingresso di sostanze nelle provette, dopo alcuni giorni apparvero organismi viventi.
• Needham concluse che la generazione spontanea era possibile.

Lazzaro Spallanzani

• Spallanzani (1729-1799) introdusse la pratica della sterilizzazione dei terreni.
• Nel 1799, confutò la teoria dell'abiogenesi migliorando l'esperimento di Needham.

Introduzione alla microbiologia

• La microbiologia è la scienza che studia i microrganismi e le loro attività.
• Si occupa della forma, struttura, riproduzione, fisiologia, metabolismo e identificazione dei microrganismi.

Importanza dei microrganismi

• I microrganismi possono essere causa di malattie nel mondo vegetale e animale.
• Possono essere causa di degradazione degli alimenti.
• Sono essenziali per la vita.
• Sono essenziali per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo.
• Sono importanti nella conservazione degli alimenti attraverso le fermentazioni.
• Utilizzati nella produzione di farmaci e molecole per uso industriale.

Generazione spontanea o Biogenesi

• Aristotele (384-322 a.C.) credeva che gli animali potessero originarsi spontaneamente dalle piante e dal terreno.
• Nel XVII secolo, si pensava che gli organismi viventi si formassero spontaneamente dalla materia in decomposizione.

Francesco Redi

• Redi (1626-1697) confutò la teoria della generazione spontanea con esperimenti sulla carne in putrefazione.
• Redi mise carne di vitello e pesce in recipienti chiusi ermeticamente e altri aperti.
• Notò la presenza di vermi sulle carni nei recipienti aperti, dove potevano accedere mosche e altri insetti.
• Nei recipienti chiusi, non ci furono vermi.
• Redi concluse che i vermi si formavano dalle uova deposte dalle mosche, confutando la generazione spontanea.

Anton van Leeuwenhoek

• Leeuwenhoek (1632-1723) scoprì gli "animalcules" nel 1676 usando un microscopio da lui costruito.

John Needham (ripetuto)

• Needham (1713-1781) sostenne la generazione spontanea con esperimenti sul brodo di montone.

Lazzaro Spallanzani (ripetuto)

• Spallanzani ripeté gli esperimenti di Needham, bollendo il brodo di coltura per un tempo più lungo.
• I risultati dimostrarono che i liquidi rimanevano limpidi senza la presenza di microrganismi.
• Spallanzani rafforzò la teoria della biogenesi.

Louis Pasteur e l'esperimento con i "palloni a collo di cigno"

• Pasteur ideò un esperimento per confutare definitivamente la generazione spontanea.
• Utilizzò palloni di vetro con un collo ricurvo ad S, i "palloni a collo di cigno", che permettevano la presenza di aria.
• Nel pallone, Pasteur inserì una soluzione nutritiva (brodo).
• Il pallone venne bollito per più di un'ora per sterilizzare il brodo.
• Dopo il raffreddamento, l'aria entrò nel pallone, ma i microrganismi rimasero bloccati nella parte ricurva del collo.
• Il brodo rimase limpido.
• Quando il collo del pallone venne rotto, il brodo si offuscò rapidamente a causa della contaminazione da microrganismi.
• Pasteur dimostrò che i microrganismi presenti nell'aria sono la causa della contaminazione e non la generazione spontanea.

La microscopia e la generazione spontanea

• Le prime osservazioni al microscopio, che mostrarono un'abbondanza di microrganismi in tutte le sostanze esaminate, fecero rivivere l'idea della generazione spontanea, nonostante gli esperimenti di Redi sembravano averla confutata.
• Gli studi di Leeuwenhoek contribuirono a spostare il dibattito sulla biogenesi (la vita deriva dalla vita) e l'abiogenesi (la vita nasce da sostanze non viventi) dal mondo macroscopico dei vermi e delle mosche al mondo microscopico dei protozoi e dei batteri.

John Needham e la generazione spontanea

• Nel 1745, il naturalista inglese John Needham condusse una serie di esperimenti che corroborarono la teoria della abiogenesi.
• Needham bollì diversi liquidi nutritivi, come brodo di pollo e infusi di erbe, riempì provette con questi liquidi e le tappò con della garza.
• A dispetto delle precauzioni per impedire l'ingresso di contaminanti, le provette pullulavano di organismi viventi dopo qualche giorno.
• Questi risultati convinsero Needham della validità della generazione spontanea.

Lazzaro Spallanzani e la sfida alla abiogenesi

• Spallanzani, nel 1799, si oppose alla teoria della abiogenesi, perfezionando gli esperimenti di Needham.
• Il suo contributo principale fu l'introduzione della pratica della sterilizzazione dei terreni di coltura.

La microbiologia: storia e scopo

• La microbiologia è la scienza che studia i microrganismi e la loro attività.
• Si occupa di forma, struttura, riproduzione, fisiologia, metabolismo e identificazione dei microrganismi.
• Studia inoltre la loro distribuzione in natura, le loro relazioni con gli altri esseri viventi e gli effetti, sia benefici che dannosi, che esercitano sugli esseri umani.
• Esamina anche le modificazioni fisiche e chimiche che i microrganismi provocano nel loro ambiente.

L'importanza dei microrganismi

• I microrganismi svolgono un ruolo fondamentale sia nella vita che nelle attività umane.
• Sono responsabili di malattie nel regno vegetale e animale, nonché della degradazione degli alimenti.
• Sono inoltre essenziali per la vita, partecipando ai cicli geochimici e alla fertilizzazione del suolo.
• Trovano applicazione nella conservazione degli alimenti attraverso la fermentazione, e vengono utilizzati per la produzione di farmaci e molecole industriali.

La generazione spontanea e le prime confutazioni

• Aristotele sosteneva la possibilità di una generazione spontanea, secondo la quale gli organismi viventi si originavano da altri simili, ma potevano anche sorgere dalla materia inerte.
• Fino al XVII secolo, la teoria della generazione spontanea era ampiamente accettata.
• Francesco Redi, nel 1668, confutò la teoria della generazione spontanea con una serie di esperimenti sulla carne in putrefazione.

Louis Pasteur e la fine della generazione spontanea

• Tra la fine del XVIII secolo e l'inizio del XIX, la controversia sulla abiogenesi continuò con esperimenti più raffinati.
• La scoperta delle endospore batteriche, particolarmente resistenti al calore, creò nuove sfide e complicò la ricerca.
• Louis Pasteur, nel 1864, con i suoi esperimenti sui palloni a collo di cigno, dimostrò la falsità della teoria della generazione spontanea.
• Pasteur concluse che i microrganismi presenti nel brodo erano trasportati dall'aria e non si generavano spontaneamente.

I postulati di Koch e il legame tra microrganismi e malattie

• Nel 1876, Robert Koch formulò i postulati di Koch, un metodo per determinare il legame tra una malattia e il microrganismo sospettato di essere la causa.
• I postulati di Koch sono ancora oggi validi e rappresentano un criterio fondamentale per l'identificazione di un agente patogeno.