RIPRODUZIONE
CICLO CELLULARE
a)
b)
c)
sintesi coordinata di macromolecole e di altri
componenti cellulari: crescita;
formazione del setto;
divisione caratterizzata da una seri di reazioni
che culminano nel trasferimento di una copia
di DNA in ciascuna cellula delle cellule figlie.
RIPRODUZIONE
La maggior parte dei batteri di interesse
medico si riproduce mediante SCISSIONE
BINARIA (trasversale). Questo processo di
riproduzione asessuata assicura alla cellula
procariotica una esatta ripartizione del
corredo cromosomico tra due cellule figlie,
che risulteranno uguali
La divisione di un microrganismo per scissione
si realizza attraverso fasi successive
1) Inizialmente il corpo batterico si allunga per accrescimento
sia della membrana citoplasmatica che della parete cellulare.
Ciò avviene generalmente in corrispondenza del mesosoma o
del sito di membrana a cui è ancorato il materiale nucleare.
Durante questa fase si ha invaginazione della membrana
citoplasmatica e aumento della parete cellulare
Manca il fuso mitotico, ma si
forma un apparato
“mitotico” primordiale nel
quale risulta centrale la
funzione della membrana
citoplasmatica (mesosomi).
2) Contemporaneamente ha inizio la duplicazione del
cromosoma batterico
3) L’accrescimento in senso
centripeto della parete cellulare e
della membrana citoplasmatica
porterà alla formazione, nella
porzione centrale della cellula, di
un setto traverso, che
determinerà l’allontanamento dei
due nuovi cromosomi per
distanziamento delle zone della
membrana citoplasmatica alle
quali sono ancorati.
4) Con il completo sviluppo di questa struttura si otterrà
la separazione delle due cellule figlie.
In alcuni casi il setto
di parete cellulare,
rimanendo a lungo
incompleto genera la
formazione di
raggruppamenti di
cellule caratteristici
e diversi in rapporto
ai successivi piani di
divisione cellulare.
La divisione batterica per
scissione binaria determina
la moltiplicazione del
microrganismo in maniera
esponenziale, così che,
dopo tre divisioni, da una
cellula batterica se ne
formano otto
IL TEMPO DI REPLICAZIONE DIPENDE DA:
 Disponibilità nutrienti
 pH
 Temperatura
L’intervallo di tempo necessario al batterio per riprodursi
è detto tempo di duplicazione (o tempo di replicazione) e
varia tra i differenti microrganismi e a seconda delle
condizioni di crescita.
Escherichia coli e la maggior parte dei batteri ha, in
condizioni ambientali ottimali (create in laboratorio), un
tempo di duplicazione di 20-30 minuti; in questi casi
bastano 12 ore (35 generazioni) per ottenere da una
singola cellula miliardi di batteri.
In condizioni naturali, ad esempio nell’intestino umano,
Escherichia coli impiega ben 12 ore per effettuare una
divisione cellulare.
TEMPERATURA
Le differenti specie batteriche presentano differenti
temperature di crescita. Esiste un range di temperature
all’interno del quale la crescita microbica può verificarsi
Psicrofili: microrganismi con un optimum di sviluppo tra 15-20°C.
Alcuni batteri possono replicarsi anche a temperature inferiori ai
10°C (Listeria monocytogenes) e quindi essere in grado di
svilupparsi nei cibi refrigerati.
Mesofili: a questo gruppo appartengono la maggior parte dei
batteri patogeni per l’uomo. Essi crescono a temperature
comprese tra i 20 e i 40°C con un optimum di temperatura di
36-37°C.
Termofili: microrganismi che hanno un optimum di temperatura di
circa 45°C. Si possono isolare in sorgenti termali, in cui questi
batteri si moltiplicano a temperature comprese tra 40 e 60°C.
Stenotermofili: microrganismi che si moltiplicano a temperature
superiori a 60°C.
RICHIESTA DI OSSIGENO
I batteri presentano un’ampia variabilità nelle loro
richieste di ossigeno (atmosferico) gassoso;
Aerobi obbligati: batteri che crescono solo in presenza di
ossigeno atmosferico. Questi comprendono, soprattutto,
patogeni
delle
vie
respiratorie,
come
ad
es.
Mycobacterium tuberculosis o alcune specie di Neisseria.
Anaerobi facoltativi: batteri che sono capaci di crescere
in condizioni aerobie e anaerobie. Gli anaerobi facoltativi
comprendono molti batteri di interesse medico come:
Vibrio, Spirillum, Escherichia, Aerobacter, Salmonella e
Shigella tra i batteri Gram negativi; tra i Gram positivi la
maggior parte dei bacilli e Staphylococcus.
Anaerobi obbligati: batteri che possono vivere solo in
assenza di ossigeno molecolare e per i quali la presenza di
ossigeno atmosferico è addirittura tossica (microrganismi
non ossigeno-tolleranti). La maggior parte dei batteri
anaerobi vive nel tratto gastrointestinale dell’uomo, ad
es., alcune specie di Bacteroides, costituenti del
microbiota intestinale, responsabili di ascessi in diversa
sede, e alcune specie di Clostridium.
Microaerofili: batteri che hanno bisogno per moltiplicarsi di
una atmosfera con una ridotta pressione parziale di ossigeno
(PO2); essi non crescono o crescono molto stentatamente in
presenza di aria, ma si moltiplicano bene in atmosfera
addizionata di CO2. A questo gruppo appartengono, ad es.,
microrganismi Gram positivi quali ad es. Streptococcus,
Lactobacillus e Propionibacterium e tra i Gram negativi
Campylobacter.
CONDIZIONI DI pH
La
maggior
parte
dei
microrganismi
richiede
concentrazioni ottimali di ioni idrogeno, anche se
possono moltiplicarsi in un range abbastanza ampio di
pH. Il valore di pH ottimale per le specie patogene per
l’uomo è compreso tra 6.5 e 7.5; alcuni microrganismi,
però crescono meglio a pH alcalino (Vibrio cholerae ),
mentre altri si moltiplicano anche a pH fortemente
acido (Lattobacilli).
PRESSIONE OSMOTICA
Un microrganismo generalmente si moltiplica meglio in un
terreno con concentrazione osmotica più bassa della propria.
Ciò permette all’acqua di fluire nella cellula, condizione
essenziale per la diffusione dei nutrienti.
Alte concentrazioni osmotiche possono essere utilizzate per
la conservazione degli alimenti. Infatti solo alcuni
microrganismi sono in grado di moltiplicarsi in condizioni
ipertoniche; questi batteri, detti osmofili o alofili, tollerano
elevatissime concentrazioni di cloruro di sodio.
CURVA DI CRESCITA BATTERICA
In idonee condizioni alle quali il batterio si è
completamente adattato, esso è in uno stato
di crescita bilanciata. In tali situazioni la
crescita batterica segue il principio di una
reazione chimica di primo ordine: l’entità di
crescita del batterio è proporzionale al
numero o alla massa dei batteri presenti ad
un determinato tempo.
Utilizzando un sistema di assi cartesiani semilogaritmico
vengono riportati sull’asse delle ascisse i tempi di
osservazione e sull’asse delle ordinate il numero dei
batteri. Si otterrà una curva di crescita distinta in 4 fasi
1. Fase di latenza
(fase lag)
2. Fase di crescita
esponenziale o fase
logaritmica (fase
log)
3. Fase stazionaria
4. Fase di declino o
lisi
Che tipo di terreno si usa per studiare la curva di crescita?
Biomassa batterica
Colonie batteriche
FASE DI LATENZA
Tale fase è caratterizzata dall’aumento di volume della
cellula, in assenza di divisione cellulare, dall’incremento
di proteine, acidi nucleici, soprattutto acido
ribonucleico. È in questa fase iniziale che il batterio ha
necessità di adattarsi alle nuove condizioni ambientali,
sintetizzando gli enzimi di adattamento che gli
consentono di utilizzare i substrati necessari alla sua
moltiplicazione.
La durata della fase lag dipende da numerosi fattori:
1. fattori dipendenti dall’inoculo: la durata della fase di
latenza è inversamente proporzionale alla quantità
dell’inoculo ed è direttamente proporzionale all’età
delle cellule dell’inoculo, ossia alla fase di crescita in
cui si trova la coltura da cui deriva l’inoculo. Se
l’inoculo è costituito da cellule batteriche in fase di
crescita logaritmica, la fase lag scompare.
2. fattori dipendenti dal terreno: la fase di latenza si
allunga se l’inoculo proviene da un terreno diverso da
quello utilizzato per lo studio della curva di crescita.
È chiaro che in tal caso il tempo maggiore è
necessario affinchè la cellula possa sintetizzare gli
enzimi di adattamento che le consentiranno l’utilizzo
di nuovi substrati.
FASE LOGARITMICA
Alla fine della fase lag si assiste all’inizio delle divisioni
cellulari e ad un incremento della velocità di crescita.
Tale periodo della crescita batterica viene anche definito
fase di accelerazione positiva della crescita. Subito dopo
inizia la fase esponenziale o logaritmica (fase log).
Il tempo di generazione (ossia il tempo che un certo
numero di batteri impiega a duplicarsi) è costante e la
velocità di crescita è massima e costante, di conseguenza
l’incremento della popolazione batterica è costante.
Se si riuscisse a partire da un’unica cellula, dopo n
divisioni il numero di cellule sarebbe
x (n) = 1 · 2n
Verso la fine della fase log il tempo di generazione si
allunga, la velocità di crescita va diminuendo e il tasso di
moltiplicazione e di morte cellulare si equivalgono. È
questa fase definita anche fase di accelerazione negativa
della crescita
la fase di crescita log può essere distinta in tre parti:
1)Fase di accelerazione positiva, in cui il tempo di
divisione aumenta e la velocità di crescita μ aumenta.
2)Fase di crescita esponenziale o logaritmica, in cui sia il
tempo di divisione che la velocità di crescita sono
costanti.
3)Fase di accelerazione negativa, in cui il tempo di
divisione si allunga e la velocità di crescita diminuisce.
FASE STAZIONARIA
Alla fine della fase di accelerazione negativa, sia per
l’esaurimento di sostanze nutritive sia per l’accumulo di
metabolici tossici, sia per un fenomeno di inibizione da
contatto, la popolazione batterica entra nella fase di
crescita stazionaria.
In tale fase un certo numero di cellule continua a
moltiplicarsi con tempi di generazione più lunghi e con
velocità di crescita molto bassa, altre cellule muoiono. Si
stabilisce una sorta di equilibrio dinamico, per cui, di
solito, il numero di cellule che muore equivale al numero di
cellule che ancora si divide.
FASE DI LISI O DI DECLINO
la morte è una funzione esponenziale e si evidenzia
come una riduzione lineare del numero di cellule
vitali nel tempo.
Il tasso di mortalità aumenta fino a raggiungere un
livello costante. Tale fase può durare anche mesi,
se un piccolo numero di cellule vive persiste nella
coltura e continua a moltiplicarsi, utilizzando i
metaboliti liberati dalle cellule lisate.