Funzione e Importanza dei Microrganismi + PDF

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Funzione e Importanza  Maria Luisa Savo Sardaro Identikit Microrganismi Cosa fanno? Come si Chi sono...

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Funzione e Importanza  Maria Luisa Savo Sardaro Identikit Microrganismi Cosa fanno? Come si Chi sono? Dove vivono? nutrono? Batteri Gram+ Gram - Funzione e Importanza 2 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Cosa fanno? Funzione e Importanza 3 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Una singola cellula è capace di: Funzione e Importanza 4 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Funzione e Importanza 5 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Una suddivisione molto importante è quella che raggruppa i batteri secondo il livello di temperatura a cui possono crescere: si hanno così, per questa suddivisione, tre sottoclassi che sono i batteri psicrofili, i batteri mesofili e i batteri termofili. Funzione e Importanza 6 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Un’ulteriore classificazione è basata sulle diverse modalità di respirazione in base alle quali distinguiamo: Funzione e Importanza 7 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro In relazione alla fonte di nutrimento (molecole altamente energetiche) i batteri vengono classificati in.............................. Funzione e Importanza 8 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Batteri autotrofi: sono gli organismi in grado di sintetizzare molecole biologiche ad alta energia a partire da molecole inorganiche a bassa energia. Batteri eterotrofi: sono gli organismi che per il proprio metabolismo utilizzano molecole organiche complesse sintetizzate dagli organismi autotrofi. Funzione e Importanza 9 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro I batteri autotrofi sono organismi che al pari delle piante verdi sono in grado di sintetizzare i propri costituenti cellulari utilizzando sostanze inorganiche semplici. Tra questi vi sono i batteri fotosintetici (utilizzano l’energia luminosa per produrre energia chimica utile per i processi vitali) e i chemiosintetici (utilizzano i composti inorganici per soddisfare il loro fabbisogno energetico e sintetizzare i propri costituenti cellulari) Funzione e Importanza 10 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro La sostanza vivente è soggetta a trasformazioni cicliche che costituiscono il METABOLISMO Metabolismo biosintetico: Costruzione da composti inorganici ® sintesi di sostanza organica, fotosintesi - anabolismo Metabolismo energetico o catabolismo: Demolizione di sostanza organica® ripristino dei composti inorganici , mineralizzazione - catabolismo Funzione e Importanza 11 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro I microrganismi sono in grado di fare quasi tutto, meglio dei Cosa fanno? biologi o dei chimici o di tutti! (Perlman, 1979) ✔Sono soprattutto impegnati nelle decomposizioni biologiche, attraverso le quali il carbonio immagazzinato negli organismi viventi viene ossidato a CO2 ✔ Sono responsabili delle trasformazioni biologiche nei cicli biogeochimici, nei quali viene messa in evidenza la biodiversità microbica ✔ Sono i “fornitori ufficiali” di sali minerali, azoto, vitamine, ormoni … per le piante, dalle quali ricevono zuccheri e aminoacidi Funzione e Importanza 12 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Dove vivono? OVUNQUE!!!!!! Si trovano in quasi tutti gli ambienti, Il suolo stesso è un aria, acqua, ghiaccio, sorgenti calde e organismo “vivente” perfino negli sbocchi idrotermali delle profondità oceaniche. Alcuni proliferano negli alimenti, mentre altri stabiliscono varie forme di simbiosi con piante, animali e altri organismi. Funzione e Importanza 13 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Organismi viventi e cicli degli elementi nutritivi Gli organismi viventi e l'ambiente sono legati tra loro in maniera inseparabile e interagiscono reciprocamente, in modo tale che un flusso di energia porta a una ben definita struttura trofica e ad una ciclizzazione degli elementi nutritivi. Funzione e Importanza 14 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Produttori, consumatori e decompositori I batteri, come tutti gli organismi viventi, sono divisi in tre grandi gruppi: Produttori primari organismi fotosintetici, autotrofi Consumatori organismi eterotrofi Decompositori Solo microrganismi : batteri e funghi Funzione e Importanza 15 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo del carbonio Ciclo della CO2 nella biosfera Il carbonio è l’elemento centrale nella struttura della materia vivente, ma è la CO2 il composto “chiave” coinvolto nel ciclo. Esso viene CO2 CO2 CO2 prelevato utilizzato restituito all’ambiente Produttori Consumatori Decompositori I produttori assimilano la CO2 e la forniscono a I microrganismi decompositori compiono la consumatori e decompositori. L’attività di mineralizzazione e sono altrettanto essenzia fotosintesi globale è tale che la riserva dei produttori primari perché rinnovano le dell'atmosfera si esaurirebbe in circa 20 anni riserve di CO2 dell'atmosfera Funzione e Importanza 16 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo del carbonio Il carbonio, elemento centrale nella struttura della materia vivente, viene prelevato come CO2 utilizzato e restituito all’ambiente come CO2 attraverso funzioni diverse e meccanismi di trasferimento che interessano tutti i livelli trofici e l’intera biosfera. Funzione e Importanza 17 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Ciclo dell’azoto L'azoto è il nutriente più richiesto da tutti gli organismi viventi che lo assumono generalmente sotto forma di ammonio, nitrati e composti organici. Queste forme azotate sono piuttosto scarse nelle acque e nel terreno per cui l'azoto diviene spesso il fattore limitante nello sviluppo e nella crescita di tutti gli organismi viventi. Funzione e Importanza 18 di 18 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw  Maria Luisa Savo Sardaro FATTORI CHE INCIDONO SULLA CRESCITA DEI MICRORGANISMI NEGLI ALIMENTI pH DEL SUBSTRATO Aw INTRINSECI POTENZIALE REDOX E DISPONIBILITÀ DI O2 COMPOSIZIONE ALIMENTO- CONTENUTO DI NUTRIENTI TEMPERATURA ESTRINSECI ATMOSFERA DI CONSERVAZIONE DELL’ ALIMENTO I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 2 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro ATTIVITA’ DELL’ ACQUA La crescita ed il metabolismo dei microrganismi richiedono acqua. L’esigenza di acqua varia per i diversi microrganismi. Non tutta l’acqua degli alimenti è disponibile per i microrganismi La quantità totale di acqua è chiamata umidità. Il grado di disponibilità dell’acqua è misurato dall’ attività dell’acqua (aw) I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 3 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro ATTIVITA’ DELL’ ACQUA aw: aw è il rapporto tra la tensione di vapore acqueo di un alimento (P) e la tensione di vapore dell’acqua pura (Po) alla stessa temperatura. aw= P / Po 0 < aw < 1 ERH: L’Umidità Relativa all’equilibrio, cioè il contenuto di acqua nell’atmosfera sopra un alimento in equilibrio con l’alimento stesso (in pratica l’umidità atmosferica) è correlata con aw secondo la relazione: ERH=100 x aw aw=ERH/100 Max 100 I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 4 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro ATTIVITA’ DELL’ ACQUA L’ acqua può essere non disponibile per i microrganismi perché: contiene soluti disciolti come sali o zuccheri; è cristallizzata sotto forma di ghiaccio; è presente come acqua di idratazione; è assorbita sulle superfici. solo l’acqua libera presente in un ambiente consente la crescita dei microrganismi I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 5 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro ATTIVITA’ DELL’ACQUA Alcuni gruppi di microrganismi sono particolarmente specializzati in ambienti con bassi valori di attività dell’acqua o contenenti sale I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 6 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro aw e MICRORGANISMI Ogni microrganismo è caratterizzato da una aw ottimale e aw minima di crescita. Ogni abbassamento rispetto al valore ottimale comporta 1. una diminuzione del tasso di sviluppo prolungamento lag fase e tempi di duplicazione, diminuzione del numero di microrganismi raggiunto in fase stazionaria, fase di morte più rapida fino all’arresto completo della crescita. 2. Quando poi i valori di aw scendono al di sotto del minimo di crescita si arriva alla morte I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 7 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro Aw e MICRORGANISMI I microrganismi presentano vari meccanismi di adattamento alle variazioni di aw. La strategia generale è quella di accumulare all’interno della cellula i soluti. I batteri possono adattarsi a variazioni di aw nel range dei valori che ne consentono lo sviluppo mediante accumulo di soluti fisiologicamente compatibili (non tossici) che ristabiliscono le condizioni osmotiche ottimali. Tali soluti possono essere sintetizzati dalla cellula oppure sono presi dall’ambiente di crescita. In particolare i batteri possono accumulare ioni K+ e amminoacidi, mentre lieviti e muffe accumulano K+ e, a seconda della specie, trealosio, saccarosio, glucosio e glicerolo. I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 8 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro MICRORGANISMI E aw Al di sotto dei valori minimi di aw, il comportamento dei microrganismi dipende molto da come l’acqua viene rimossa. Quando essa è rimossa rapidamente (liofilizzazione di un alimento) dalla cellula microbica, consente una sua sopravvivenza per lunghi periodi. Quando l’aw di un alimento è abbassata attraverso l’aggiunta di sale o zucchero, le cellule microbiche sono soggette a fenomeni osmotici che ne causano una morte più rapida. La cellula subisce danni spesso irreversibili. La morte sopraggiunge per danni alla membrana e ai suoi enzimi citoplasmatici; I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 9 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro ATTIVITA’ DELL’ACQUA DEFINIZIONI ALOFILI: MICRORGANISMI IN GRADO DI SVILUPPARSI IN PRESENZA DI NaCl. OSMOFILI: MICRORGANISMI IN GRADO DI SVILUPPARSI IN PRESENZA DI ZUCCHERI. XEROFILE: MUFFE IN GRADO SI SVILUPPARSI A BASSI VALORI DI Aw I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 10 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro La maggior parte dei batteri crescono bene ad aw > 0,98. ATTIVITA’ DELL’ACQUA Nessun organismo cresce ad aw 0.98 TUTTI I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 12 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro aw 0.93-0.98 C. botulinum non può crescere né produrre tossina con aw minore di 0.93 S. aureus non produce tossine con aw < 0.93 (anche se può crescere) I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 13 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro aw 0.85-0.93 I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 14 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro aw 0.60-0.85 E. Sgarbi- Contaminanti Microbici I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 15 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro aw La maggior parte degli alimenti freschi (carne, vegetali, frutta) hanno valori di aw tali da permettere la crescita della maggior DEGLI ALIMENTI parte dei microrganismi. Più è bassa l’aw più è limitata la varietà di microrganismi che possono crescere, anche se molti possono sopravvivere per lunghi periodi Alimenti con alti valori di attività dell’acqua sono soggetti a rapida alterazione, mentre quelli con valori inferiori a 0,61 sono stabili da un punto di vista microbiologico I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 16 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro CLASSIFICAZIONE DEGLI ALIMENTI IN BASE ALLA aw Alimenti ad altissima aw (0,99-0,95): alimenti freschi o processati poco drasticamente carne, pollame, latte, uova, vegetali, formaggi freschi Alimenti ad alta aw (0,95-0,90): alimenti processati come formaggi e salami fermentati, prosciutto, pane Alimenti ad intermedia aw (0,90-0,61): alimenti trattati con processi di essiccazione o mediante l’aggiunta di elevate quantità di sale o zuccheri. Prosciutto e formaggi lungamente stagionati, frutta secca, marmellate Alimenti ad bassa aw (>0,61): latte in polvere, cioccolato, vegetali disidratati, miele, pasta, crackers, zucchero. I parametri che influenzano la crescita microbica: Aw 17 di 18  Maria Luisa Savo Sardaro aw DEGLI ALIMENTI Alimenti altamente deperibili: aw > 0.95 Tutti i prodotti freschi. Sviluppo soprattutto di Gram- Alimenti deperibili: 0.95 > aw > 0.90 Sviluppo soprattutto di Gram+ Alimenti con Aw intermedia: 0.90 > aw > 0.60 Se non vengono conservati in ambienti umidi non consentono lo sviluppo di batteri (eccetto alofili e alotolleranti) mentre sono soggetti allo sviluppo di muffe Alimenti stabili: aw