CRESCITA E METABOLISMO
BATTERICO
Prof. Giovanni Giammanco
Suddivisione dei batteri in base
alle loro esigenze energetiche e
nutrizionali
Tipo
Fotoautotrofi
Fonte di
energia
Luce
Fonte di
Carbonio
CO2
Fotoeterotrofi
Luce
Chemioautotrofi
Composti
organici
Composti
organici
CO2
Chemioeterotrofi
Composti
organici
Composti
organici
Microrganismi
Alghe verdi-blu, batteri
fotosintetici
Batteri rossi,
fotosintetici
Solfo-, Ferro-,
Ammonio-batteri,
Batteri
metanoproduttori
Protozoi, funghi, la
maggior parte dei
batteri (tutti quelli
patogeni)
Fattori condizionanti la crescita
microbica
FATTORI NUTRIZIONALI
•H2O = fattore indispensabile per le reazioni chimiche
•Macronutrienti:
•Fonti di : Carbonio (C), Azoto (N), Fosforo (P),
Zolfo (S), Potassio (K), Magnesio (Mg), Calcio (Ca),
Sodio (Na), Ferro (Fe)
•Micronutrienti (elementi in tracce)
•Fattori di crescita (vitamine, aminoacidi, nucleotidi)
Riproduzione per scissione
binaria
Crescita logaritmica
Tempo (h)
Numero cellule Tempo (h)
Numero cellule
Curva di crescita batterica
Chemostato
Fattori che influiscono sullo
sviluppo dei microrganismi
•Nutrienti
•Tempo
•Temperatura
•pH
•Acqua disponibile (aw)
•Potenziale redox (tensione di ossigeno)
•Interazioni microbiche
Suddivisione dei microrganismi in
base alla temperatura di crescita
pH e crescita microbica
Alofilia
Alotollerante
Non alofilo
Alofilo
Alofilo
estremo
METABOLISMO
Processi anabolici
Sintesi di ATP
Nei batteri chemioeterotrofi, 2 meccanismi:
Fermentazione
Respirazione
Processo redox in
assenza di accettori finali
di elettroni
Ossigeno molecolare o
altro accettore finale di
elettroni
Fermentazioni
Glicolisi
(via di Embden-Meyerhof)
Ciclo dell'acido citrico
(Ciclo di Krebs)
Glicolisi
Glucosio
Ac. piruvico
Generazione della forza protomotrice nella respirazione aerobica
1 NADH = 12 protoni
ATP sintetasi
(ATPasi)
Nella fosforilazione ossidativa:
4 protoni = 1 ATP
Per cui: 1 NADH = 12 protoni = 3 ATP
Respirazione aerobia
Respirazione anaerobia
Esigenze gassose
Aerobi = crescono in presenza di ossigeno atmosferico
Anaerobi = crescono in assenza di ossigeno atmosferico
Anaerobi facoltativi = vivono anche in assenza di ossigeno,
ma la crescita è più rigogliosa in sua presenza
Microaerofili = possono moltiplicarsi in presenza di aria
(20% di ossigeno), ma crescono meglio a concentrazioni
inferiori (2-18%)
L'ossigeno e la crescita microbica
Aerobi obbligati
Anaerobi
Aerobi facoltativi
Microaerofili
Anaerobi
aerotolleranti
Prodotti tossici dell’ossigeno
I batteri che utilizzano come accettore finale di
elettroni l’ossigeno possiedono una
citocromossidasi che catalizza la reazione con
formazione di H2O.
Il trasferimento di elettroni all’O2 può dare origine
a perossido di idrogeno, all’ anione superossido (
O2-) o al radicale ossidrile (OH-).
Superossido
Perossido d'idrogeno
Radicale idrossile
Acqua
I batteri producono due tipi di enzimi per eliminare il
perossido d’idrogeno: catalasi e perossidasi
La catalasi catalizza la reazione: H2O2
2H2O + O2
La perossidasi catalizza la riduzione di H2O2 ad H2O
tramite l’ossidazione di composti organici.
Per potere coltivare i batteri in laboratorio occorre creare
idonee condizioni ambientali, disporre di un idoneo substrato,
di appositi contenitori.
IN BASE ALLO STATO FISICO I TERRENI SI DISTINGUONO IN
LIQUIDI
matraccio
SOLIDI
provetta
piastra
Terreni di coltura
1. Terreno liquido: brodo nutriente (acqua,
cloruro di sodio, estratto di carne, peptoni).
2. Terreno solido: brodo nutriente con agar 1,52%..
Becco di clarino
Tecniche di semina su terreno agarizzato
Tecnica di semina
per dissociazione
per ottenere colonie
isolate
Colonie
• Ogni colonia è originata da una singola
cellula vitale
• Una cellula in grado di formare colonia
viene indicata come Unità Formante
Colonia (UFC)
• Il numero delle colonie contate sulla
piastra corrisponde al numero di UFC
nell’inoculo
Terreni selettivi: addizionati di sostanze che
impediscono la crescita di alcuni batteri,
consentendo lo sviluppo di altri. In genere, si
tratta di terreni solidi. Es.: MacConkey,
Mannitol-Salt-Agar, Sabouraud agar.
Terreni di arricchimento: sono in genere
terreni liquidi che favoriscono la crescita di un
particolare microrganismo a discapito di altri
presenti nello stesso inoculo. Es.: brodo-selenite
per Salmonella e Shigella.
Terreni differenziali: addizionati di nutrienti utilizzabili solo
dal batterio ricercato. Un indicatore di pH segnala la presenza
di prodotti di degradazione del nutriente metabolizzato.
Colonia lac+
Colonia lac-
MacConkey agar
METODI DI IDENTIFICAZIONE MICROBICA
In seguito all’ottenimento di una coltura pura si prosegue
analizzando una serie di caratteri dello “stipite “ batterico:
1. Caratteri microscopici
a) Morfologia
b) Caratteri tintoriali
2.
a)
b)
c)
Aspetto delle colture e caratteri biochimici:
Fermentazione di carboidrati
Produzione di prodotti metabolici peculiari
Assenza o presenza di enzimi particolari
SCHEMA IDENTIFICATIVO
Test dell’ossidasi
Tetrametil-p-fenilendiamina
FERMENTAZIONE
Test del Rosso Metile
Escherichia, Salmonella, Shigella e Citrobacter producono notevoli
quantità di acido acetico e lattico
Reazione di Voges-Proskauer.
Klebsiella, Enterobacter, Hafnia e Serratia producono Acetil-metil-carbinolo,
Terreno di Kliger
Test della catalasi
Test della coagulasi
Conta totale
Altezza dello spazio
capillare fra vetrino e
coprioggetti: 0,02 mm
1 mm
Volume di conta totale:
0,02 mm3 = 0,02 ml
1 mm
La camera di conta è
costituita da 25 quadrati
Conta totale per ml =
numero di batteri
contato nei 25
quadrati x 50
Conta per ml = conta
per ml x 1000
Conta vitale
Diluizioni
Misura della torbidità