Microbiologia Lezione 2 - Crescita Batterica e Batteri Gram Positivi e Negativi PDF

Sbobinatore: Giulia Longoni 17/10/2023 Revisionatore: Chiara Covelli MICROBIOLOGIA LEZIONE 2- Crescita batterica e batteri Gram positivi e negativi Curva di crescita batterica Nella curva di crescita batterica si distinguono 4 fasi:...

Sbobinatore: Giulia Longoni 17/10/2023 Revisionatore: Chiara Covelli MICROBIOLOGIA LEZIONE 2- Crescita batterica e batteri Gram positivi e negativi Curva di crescita batterica Nella curva di crescita batterica si distinguono 4 fasi: 1) Fase di adattamento o lag, dove non si nota nessun cambiamento nella quota di batteri presenti, ma è molto attiva dal punto di vista metabolico perché le cellule si preparano a dividersi. 2) Fase di crescita esponenziale log (logaritmica) in cui le cellule iniziano a dividersi, può essere più o meno rapida a seconda delle condizioni. 3) Fase di plateau stazionaria, dove il numero di cellule neoformate è uguagliato al numero di cellule che iniziano a morire. 4) Fase di declino, dove le cellule non si replicano più e iniziano a morire. I fattori che, in questo sistema chiuso, possono modificare l’andamento della curva, in particolare sulla fase logaritmica di crescita, sono: 1. pH. Ad esempio, il pH della cute è leggermente acido (intorno a 5.5) e questo, insieme alla temperatura più bassa rispetto all’interno dell’organismo, concorre all’avere una carica batterica minore. 2. La pressione, ma non si applica al corpo umano. 3. Nutrienti, non tanto la loro disponibilità assoluta, ma la tipologia di metabolita presente. Ad esempio in aree sebacee del corpo abbiamo batteri lipofili che prendono il sopravvento. Un altro esempio è cosa succede sulla superficie di un dente, dove, in seguito alla disponibilità, di solito di origine alimentare, di polisaccaridi facilmente fermentabili, si forma un’acidità che attacca lo smalto e porta alla carie. 4. Presenza o meno di ossigeno. Questo è importante perché l’ossigeno è, dal punto di vista biologico, sia per le cellule eucariote che per i batteri, l’accettore finale di elettroni più efficiente e porta al metabolismo più remunerativo che esista. Il problema del metabolismo ossidativo è che può causare danno alla cellula a seguito della produzione di metaboliti di scarto che sono i radicali liberi, contro i quali le cellule hanno dei sistemi di protezione. 5. La temperatura. La temperatura a cui vengono osservate queste curve, con microrganismi di interesse medico, è quella corporea di 35-37 gradi. Se aumenta la temperatura, ad esempio a 40-41 gradi, si ha una diminuzione della pendenza, segno che quel microrganismo a queste condizioni variate di qualche grado tende a replicare peggio. La febbre, infatti, ed in particolare se si tratta di una forma infettiva che risente della temperatura, ha come scopo quello di provare a rendere meno facile la vita del batterio che ha scatenato l’infiammazione; infatti, la febbre è una conseguenza della produzione di citochine e rappresenta un primo tentativo aspecifico di difesa. Questo vale anche abbassando la temperatura, infatti in alcuni distretti corporei con una temperatura più bassa, anche solo di qualche grado, ci sono  microrganismi diversi e carica batteria inferiore. [Stesso concetto per cui mettiamo i cibi nel frigorifero per evitare che crescano microrganismi, abbassando la capacità replicativa]. Batteri aerobi e batteri anaerobi Sulla base delle caratteristiche metaboliche proprie del batterio possiamo distinguere diverse classi. Esistono pochissimi batteri aerobi obbligati [verranno sempre segnalati dal prof.], che sono in grado di produrre energia solo se c’è ossigeno. Ad esempio, uno di questi è il micobacterium tubercolosis o bacillo di Koch, che è l’agente eziologico della tubercolosi. Un altro esempio, che vale solo per alcuni isolati batterici, ovvero solo per alcuni particolari individui all’interno della stessa specie, è lo pseudomonas aeruginosa. Il genere dei batteri è ad esempio: micobatterium o staphilococcus, nell’ambito del singolo genere ci sono diverse specie, ad esempio tubercolosis o areus. [Il nostro genere è Homo, mentre la nostra specie è sapiens e ci siamo liberati di tutte le altre specie]. Esistono, poi, batteri anaerobi obbligati che non sono in grado di produrre energia in presenza di ossigeno e sono danneggiati anche dalla presenza di piccolissime pressioni parziali di ossigeno. Sono, ad esempio, responsabili del cattivo odore nel caso di drenaggi, ascessi, feci e si trovano a volte nei solchi gengivali e negli spazi interdentali e sulla lingua sul fondo delle papille gustative provocando delle forme di alitosi, cha a volte rappresentano uno dei primi segni di parodontopatie. [Anche in questo caso saranno segnalati dal professore]. La maggior parte dei batteri di interesse medico, che si sono adattati al corpo umano, sono batteri anaerobi/aerobio facoltativi: se c’è ossigeno lo usano, se non c’è, usano un metabolismo anaerobio, ad esempio il metabolismo fermentativo. Questa classificazione insieme alla forma e al colore permette già di identificare determinati batteri piuttosto che altri. La terza domanda che bisogna farsi è se la flora residente abbia un effetto sullo stato di salute e se possa, se alterata, concorrere ad alcuni stati patologici. Quando si studia una patologia infettiva è importante non solo focalizzarsi sull’agente infettivo, ma capire come l’ospite, nelle sue varie sfaccettature, interagisce con la presenza di quel dato microrganismo o di quella data popolazione microbica. Questo concetto è molto importante e come esempio si può citare la fisiopatologia del Covid19, per cui non si muore per effetto diretto del virus, ma per le conseguenze della risposta infiammatoria scatenata dalla replicazione del virus stesso. Questa interazione microrganismo-ospite deve essere valutata alla luce della condizioni ambientali in cui tale operazione avviene. Colonizzazione e infezione È molto importante distinguere il concetto di infezione e colonizzazione. Nel caso sottostante si parla di infezione perché osserviamo una serie di elementi, come la presenza di un danno che è indice di un processo patologico infettivo. Batteri Gram positivi e negativi Questi sono due padiglioni auricolari esterni infetti. Qualsiasi indagine microbiologica inizia dal clinico, che fa un drenaggio [non viene fatto un tampone perché si rischierebbe di asportare anche la flora microbica residente], in cui si raccoglie quello che c’è all’interno, poi si può fare una coltura, di cui non si ha subito il risultato. Per risolvere questo problema, si può mettere il contenuto su un vetrino e colorarlo con la colorazione di Gram, il cui vantaggio è che da un quadro patologico simile, in pochissimo tempo (5 minuti), si hanno due quadri diversi microbiologici e si può già iniziare ad indirizzare la terapia antibiotica. A sinistra sono bacilli rossi Gram negativi, molto probabilmente pseudomonas, mentre a destra ci sono cocchi Gram positivi, la cui disposizione a grappolo ci fa presupporre che siano stafilococchi. Colorazione GRAM - La prima fase è la fissazione sul vetrino: in passato veniva fatta con il calore, ora tramite una soluzione di metanolo, che serve non solo per fissare il materiale sul vetrino, ma anche per uccidere i microrganismi, dunque per ragioni di biosicurezza. - Seconda fase, la colorazione propriamente detta. Il primo colorante usato è il cristal violetto, che colora sia i Gram positivi che i Gram negativi. Poi viene aggiunta una soluzione iodata di Lugol, che serve a stabilizzare la colorazione del cristal violetto (fase di mordezzatura). - Terza fase, la più importante, di decolorazione, in cui si usano delle soluzioni alcoliche, di solito etanolo, per una ventina di secondi. In seguito ad essa, i batteri Gram positivi continuano a essere blu, mentre quelli negativi vengono decolorati dalla soluzione alcolica e diventano trasparenti. Si usa poi una contro colorazione rossa (safranina), che  entra nei Gram positivi che rimangono blu, mentre i Gram negativi decolorati acquisiscono solo il colorante rosso e si vedono rossi. Per convezione chi alla fine del processo non viene decolorato prende il nome di positivo, chi viene decolorato è negativo. Ciò che cambia fra queste due cellule è la composizione dei rivestimenti esterni, non solo legata alla presenza, ma anche allo spessore della parete cellulare, che rappresenta un bersaglio ideale per due importanti classi di antibiotici, perché manca nelle cellule eucariote, mentre nelle cellule fungine c’è una parete cellulare ma è diversa dal punto di vista della composizione da quella dei batteri. Entrando nello specifico e andando dall’interno verso l’esterno, la prima membrana che si trova è la membrana citoplasmatica, poi la parete cellulare, ovvero uno strato di peptidoglicani, spesso bersaglio di molecole di antibiotici come betalattamici, mentre andando ancora verso l’esterno, solo nei Gram negativi, si ha una membrana citoplasmatica esterna asimmetrica. [un concetto fondamentale e di base, come quelli che possono essere chiesti all’esame, può essere quali batteri hanno la membrana citoplasmatica esterna] Gram positivi Nella porzione più interna c’è la membrana plasmatica, che è un tipico strato fosfolipidico che a differenza delle membrane biologiche non presenta il colesterolo. Ci sono poi una serie di proteine con le diverse funzioni. La maggior parte delle proteine di membrana, soprattutto nei Gram negativi, si trovano nella membrana citoplasmatica interna. La parete cellulare nei Gram positivi è molto spessa, fatta di peptidoglicani e polialcoli (acidi teicoici solo presenti nei Gram positivi e forse è il motivo per cui non si decolorano, perché questi acidi rendono le cellule più impermeabili all’alcol). Per capire la funzione della parete cellulare si va a vedere cosa succede se la si elimina: le cellule senza parete perdono la forma e vanno incontro a lisi osmotica perché senza la parete richiamano acqua e muoiono (di solito sono iperosmotiche). Questo è il motivo per cui i beta lattamici interferiscono con la parete cellulare provocando la morte della cellula batterica. Gram negativi La membrana citoplasmatica interna è uguale a quella dei Gram positivi: membrana biologica, senza colesterolo con molte proteine di diverse funzioni. Fra le varie funzioni delle proteine di membrana esistono sistemi molto complessi e importanti per la sopravvivenza e la patogenicità dei batteri, detti sistemi di secrezione multiproteina costituiti da proteine diverse. Quello più semplice è quello di tipo 1 in cui c’è un complesso di 3 proteine: una pompa ATP dipendente, un connettore e un poro esterno che ha la funzione, ad esempio, di espellere o secernere alcune sostanze, fra cui le tossine. Quello di tipo 3 è costituito da una sorta di ago molecolare che inietta la tossina in un'altra cellula eucariote o in un altro batterio. Sono presenti sia nei Gram positivi che nei Gram negativi, dove si trovano anche sulla membrana esterna. Nel complesso ci sono 10 tipologie. Procedendo verso l’esterno c’è la parete cellulare che è sempre costituita da peptidoglicani ma senza acidi teicoici, ed è più sottile di quella dei Gram positivi. Lo spazio fra la membrana citoplasmatica interna ed esterna si chiama periplasmico, è dove si trova la parete cellulare e anche i sistemi di secrezione. All’esterno c’è un’altra membrana asimmetrica che si chiama citoplasmatica esterna: è costituita da un solo strato di fosfolipidi mentre all’esterno si trova una molecola che ha un ruolo importante nei processi infettivi patologici che è LPS, lipopolisaccaride. Esso è costituito da una componente lipidica idrofobica all’interno, il cui cuore è la porzione più conservata e si chiama lipide A, tossica per le cellule, e da una componente polisaccaridica con una coda esterna molto variabile nei singoli isolati delle singole specie, che serve per far aderire la cellula ed evadere dal sistema immunitario. Il nome storico dell’LPS è endotossina. Non tutti i microrganismi hanno le stesse caratteristiche e non tutti hanno la stessa virulenza perché sono espressi fattori diversi, come i sistemi di secrezione. Per virulenza si intende il fatto che alcuni batteri hanno una potenzialità maggiore di fare un danno rispetto agli altri: un batterio più virulento ha maggiore capacità di diventare patogeno, ma anche alcuni batteri meno virulenti possono causare infezioni gravi in pazienti deboli o immunodepressi, perché tutto dipende dall’interazione fra microrganismo e ospite.