La risposta agli stress può rappresentare aspetti
cooperativi all’interno della popolazione microbica e
legati alla capacità di comunicare (Quorum sensing)
e di aggregazione (Formazione di Biofilm)
QUORUM SENSING
Meccanismo che permette di regolare una serie di geni in maniera
dipendente dalla concentrazione batterica, tramite produzione e
rilascio di molecole segnale, dette autoinduttori
I batteri producono recettori R sulla superficie che legano gli
autoinduttori
Innesco di segnali che portano alla espressione o repressione di geni
Sfruttando il “Quorum sensing”i batteri possono regolare:
1. Emissione di bioluminescenza
2. Crescita competitiva fra differenti popolazioni (es.
produzione di antibiotici e batteriocine)
4. Induzione di fattori di virulenza nei batteri patogeni per
piante e animali
5. Formazione di Biofilm sulle superfici
6. Trasformazione nei batteri Gram positivi
Identificato per la prima volta come una
forma di regolazione della bioluminescenza
nei batteri
Vibrio fisheri
LuxI
LuxR
LuxR
GENI BERSAGLIO
Formazione di Biofilm
I batteri colonizzano qualsiasi superficie:
A- Inerti: legno
metallo
vetro
plastica
B- Tessuti vegetali e animali
Microcoloniebatteriche sviluppatesi
su un vetrino per micriscopia
immerso in acqua
I microrganismi che crescono sulle superfici sono racchiusi all’interno di biofilm
BIOFILM
Insieme di cellule batteriche adese a una superficie e inglobate in
una matrice polisaccaridica adesiva secreta dalle cellule stesse
Formazione del biofilm
1. Formazione per adsorbimento di uno strato di sostanze
organiche che favorisce la colonizzazione da parte di pochi batteri
2- Formazione di microcolonie
e attivazione del “Quorum sensing
Determina una modificata espressione genica che si manifesta con
produzione di polisaccaridi della matrice, ma anche una maggiore
espressione di fattori di adesione (es. pili e fimbrie) alla superficie
Formazione del Biofilm
Adesione
Microcolonie
Cellula planctonica
Biofilm
Le dimensioni del biofilm variano in funzione delle condizioni
ambientali:
possono essere dell’ordine di micron o raggiungere dimensioni
macroscopiche
Feltri microbici
nell’ambiente acquatico
costituiti da comunità
Microbiche differenti
Vantaggi dei batteri all’interno dei biofilm:
1- Difesa (Predatori, Essiccamento, Flusso di liquidi,
Antibiotici, Sostanze tossiche, Fagocitosi
2- Permettono ai batteri di rimanere in una nicchia a loro
favorevole (nutrienti)
3- E’ favorito lo scambio intercellulare: es. scambio di
nutrienti
4- Favorito lo scambio genico orizzontale: vantaggioso dal
punto di vista evolutivo
Biofilm in campo medico
Biofilm e infezioni nell’uomo
Biofilm e infezioni nell’uomo
Infezioni o malattia
Biofilm (specie batterica principale)
Carie dentali
Cocchi Gram-positivi acidofili
(es. streptococchi)
Otite media
Ceppi di Haemophilus influenzae
Infezioni muscoloscheletriche
Cocchi Gram-positivi
(es. stafilococchi)
Infezioni del tratto
gastro-intestinale
Batteri enterici (es. Escherichia coli)
Endocardite
Streptococchi gruppo viridans
Polmonite associata a fibrosi cistica
P. aeruginosa
Biofilm in campo medico
Colonizzazione batterica di protesi e dispositivi sanitari
Biofilm come contaminanti di strumenti e presidii medici
Dispositivi contaminanti
Biofilm (specie batterica principale)
Lenti a contatto
Cocchi gram-positivi e P. aeruginosa
Dispositivi per dialisi
Flora batterica e fungina mista
Cateteri urinari
E. coli e altri bacilli gram-negativi
Dispositivi endotracheali
Flora batterica e fungina mista
Cateteri venosi
S. epidermis
Valvole cardiache meccaniche
S. aureus e S. epidermidis
Inneschi vascolari
Cocchi Gram-positivi
Dispositivi ortopedici
S. aureus e S. epidermidis
Protesi di vari organi
S. aureus e S. epidermidis
Biofilm in campo medico
Placca dentale
Formata da:- Batteri (60-70%)
- Materiali organici salivari
- Prodotti batterici extracellulari
Formano un biofilm
All’interno del Biofilm:
produzione di acido lattico che:
- abbassa il pH
- solubilizza i cristalli di idrossiapatite (smalto)
Formazione di una breccia nello smalto
Raggiungimento della polpa dentale da parte di altri batteri
Biofilm nell’ambiente
Reti di distribuzione dell’acqua
I biofilms microbici si formano sulle superfici a contatto con l’acqua di
tutti gli elementi che compongono le opere acquedottistiche:
-condotte
-serbatoi
-sistema di tubazioni nel quale sono inseriti i dispositivi di
erogazione alle utenze private
La formazione di biofilm nelle reti idriche:
-modifica le caratteristiche organolettiche dell’acqua
-causa guasti operativi negli impianti idrici
-condiziona l’efficienza dei processi di trattamento
-causa problemi sanitari
I biofilms si manifestano soprattutto:
- in corrispondenza di tratti della rete dove è ridotta la velocità di
flusso dell’acqua (diramazioni, curve, raccordi, valvole)
- dove si stabiliscono condizioni di potenziale ristagno (bracci
morti, tubi delle utenze private, rubinetti, guarnizioni, raccordi e
rompigetto, apparecchi per il trattamento domestico dell’acqua).
In condizioni di dinamicità del sistema, i biofilms si distaccano dal
substrato e, trasportati dall’acqua, giungono ai consumatori.
La specifica architettura del biofilm rende inefficace l’azione dei
biocidi
BIOFILM
BIOFOULING
Bio = vita
Fouling= immondizia
Incrostazione biologica
Formazioni che ornano la superficie degli oggetti rimasti
sommersi in ambiente acqueo (carene delle barche, manufatti in
pietra, metalli, plastica, cordami, conchiglie, tegumento dei grandi
mammiferi)
BIOFOULING
Struttura metallica con
abbondante presenza di
biofouling
Fouling su una carena di una
nave durante le operazioni di
carenaggio
MONUMENTI
Patina verdastra che spesso ricopre statue o parti di edifici
d’epoca
Microrganismi fotosintetici (cianobatteri) che possono impiantarsi
su superfici inerti (rocce, marmi)
Producono danno:
-estetico
-microstrutturale
epilitici (restano in
superficie)
endolitici (penetrano negli
strati sottosuperficiali)
Possono essere presenti:
-organismi eterotrofi
-licheni
BIOFILM
IMPIEGO PER FINI UTILI
DEPURATORI DELLE ACQUE REFLUE
EMISSIONI GASSOSE DELLE INDUSTRIE (BIOFILTRI)