Autore Bruno Pacifici
Concetti base:
Segnalibri : La classificazione , Le relazioni di parentela tra batteri odierni , La fermentazione in breve, Il lievito in breve, i batteri in breve.
Immagini: spirochete , batteri flagellati
La classificazione degli organismi viventi
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SISTEMA ARISTOTELICO
A DUE REGNI |
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SISTEMA A TRE REGNI
DERIVANTE |
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Piante |
Animali |
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Piante |
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Protozoi |
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SISTEMA A CINQUE
REGNI |
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Tipo di nutrizione |
Piante |
Funghi |
Animali |
Protisti |
Monera |
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Fotosintesi |
Piante |
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Assorbimento |
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Batteri e
cianobatteri |
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Le relazioni di parentela fra i batteri odierni.
Si possono riconoscere due gruppi di batteri piuttosto distanti tra loro: gli eubatteri, che sono le forme che si incontrano comunemente, quelli che abitano il suolo, l’acqua e gli organismi viventi più grandi, e gli archebatteri, che si trovano in certi ambienti scomodi come nelle paludi, nelle profondità oceaniche, nelle saline e nelle sorgenti bollenti acide.
Esistono specie di batteri che possono usare praticamente qualunque tipo di molecola organica come cibo, compresi zuccheri, amminoacidi, grassi, idrocarburi, polipeptidi e polisaccaridi. Alcuni sono addirittura capaci di ottenere i loro atomi di carbonio dal CO2 e i loro atomi di azoto da N2. A dispetto della loro relativa semplicità, i batteri sono esistiti per un tempo più lungo di qualunque altro organismo e sono ancora il tipo di cellula più abbondante sulla Terra.
Fermentazione Trasformazione
chimica che si verifica nelle sostanze organiche per azione di vari enzimi. La definizione generale comprenderebbe in
pratica tutte le reazioni chimiche di importanza fisiologica, ma in genere
l’uso del termine fermentazione viene limitato ai processi provocati da
enzimi specifici, chiamati fermenti, prodotti da microrganismi come muffe,
batteri e lieviti. Ad esempio, la lattasi, un fermento prodotto generalmente da
alcuni batteri che si trovano nel latte, è responsabile dell’inacidimento di questa
sostanza perché trasforma il lattosio in acido lattico. Una delle più
importanti reazioni di fermentazione è quella alcolica: la zimasi, prodotta dal
lievito di birra, trasforma gli zuccheri semplici, quali glucosio e fruttosio,
in alcol etilico e diossido di carbonio. Reazioni di fermentazione sono pure
l’irrancidimento del burro o la trasformazione del vino in aceto.
In genere, durante la
fermentazione le molecole organiche vengono scisse in composti più semplici per
effetto di catalizzatori. Ad esempio, grazie
all’azione di diastasi e zimasi, l’amido
viene idrolizzato dapprima in zuccheri
complessi, quindi in zuccheri più semplici e infine in alcol.
Attualmente, la produzione su scala industriale di glicerina, propanone, alcol butanoico e butirrico si ottiene mediante speciali processi di fermentazione. Numerosi prodotti della fermentazione del latte, come lo yogurt, sono inoltre molto diffusi a causa delle loro elevate proprietà nutritive.
La fermentazione in
“Metabolismo, biosintesi e nutrizione”
La
fermentazione in “Diversità metabolica nei microrganismi”
lievito
Nome comune di alcune specie di funghi
unicellulari di dimensioni microscopiche, classificati come ascomiceti e importanti per la loro capacità di fermentare i carboidrati
trasformandoli in altre sostanze. In generale i lieviti sono ampiamente diffusi
in natura e si trovano nel terreno come sulle piante. La maggior parte dei
lieviti coltivati appartiene al genere Saccharomyces e il lievito di
birra ha il nome scientifico di Saccharomyces cerevisiae.
I lieviti sono stati usati fin
dalla preistoria per la produzione del pane e
del vino; la loro coltivazione e il loro
impiego su scala industriale acquistarono un fondamento scientifico grazie alle
ricerche compiute nell’Ottocento dal microbiologo francese Louis Pasteur.
Oggi i lieviti vengono utilizzati in una vasta gamma di processi di
fermentazione, nonché, dall’industria farmaceutica, come fonte di vitamine del complesso B e nella sintesi di vari
tipi di antibiotici; sono, inoltre, usati
nell’industria alimentare e per la fabbricazione di mangimi.
Ceppi puri di lievito vengono coltivati in un mezzo contenente zuccheri, una fonte di azoto e acqua. Il prodotto finale può essere ottenuto in forma di cellule essiccate, oppure viene miscelato a sostanze amilacee e pressato in pani. Quando si è completata la produzione di un lotto di lievito per uso medicinale o alimentare, il terreno di coltura viene generalmente eliminato. Tuttavia, nella fabbricazione del vino, della birra e degli alcolici, come pure nella produzione industriale di alcol, il prodotto desiderato è proprio il substrato fermentato; in questi casi è il lievito a essere scartato o eventualmente recuperato quale componente di mangimi.
Batteri (Dal greco baktérion,
“bastoncino”), grande gruppo di organismi unicellulari per lo più microscopici,
privi di un nucleo distinto e caratterizzati da una modalità di riproduzione
per divisione cellulare.
In genere le cellule batteriche sono lunghe da 1 a 10 micrometri
(un micrometro è uguale a 1/1000 di mm) e hanno sviluppato gli adattamenti più
svariati per ottenere energia e sostanze nutritive. Si trovano in quasi tutti
gli ambienti: nell’aria, nel suolo, nell’acqua, nel ghiaccio, nelle sorgenti
calde e perfino negli sbocchi idrotermali delle profondità oceaniche. Alcuni
proliferano sugli alimenti, mentre altri stabiliscono varie forme di simbiosi con piante,
animali e altri organismi.
La disciplina che studia la classificazione dei batteri e la prevenzione delle malattie causate da questi microrganismi prende il nome di batteriologia.
Classificazione
Nello schema di classificazione in
cinque regni, i batteri costituiscono il regno dei procarioti
e si differenziano dalle cellule di tutti gli altri organismi viventi, chiamati
eucarioti, per l’assenza di un nucleo delimitato da membrana. Si conoscono
circa 1600 specie di batteri, classificati secondo caratteristiche diverse. In
base alla forma si distinguono i cocchi (sferici), i bacilli (bastoncellari) e
gli spirilli (spiraliformi). Altre classificazioni seguono criteri quali la
reazione alla colorazione di Gram, la
modalità di respirazione (batteri aerobi e anaerobi) e di nutrizione (batteri
autotrofi ed eterotrofi) e le caratteristiche biochimiche.
Non tutti i batteri sono in
grado di muoversi. Quelli mobili sono generalmente provvisti di appendici
locomotorie costituite da flagelli, isolati o a ciuffi, che sono dotati di un
movimento a vite. A seconda della direzione in cui ruotano i flagelli, i
batteri si muovono in avanti o sul posto. La direzione e la durata del
movimento è regolata da recettori chimici, situati sulla membrana del batterio,
che segnalano la presenza nelle vicinanze di sostanze nutritive o di materiali
tossici.
Genetica e riproduzione
Il materiale genetico della
cellula batterica è costituito da un doppio filamento di DNA circolare (vedi
Acidi nucleici). In molti batteri sono,
inoltre, presenti molecole di DNA accessorie e più piccole, dette plasmidi, che
generalmente portano geni non essenziali per la riproduzione del batterio.
Molti di questi plasmidi possono essere trasferiti da un batterio a un altro
mediante un sistema di scambio del materiale genetico, detto coniugazione. Altri meccanismi che consentono di
scambiare porzioni di materiale genetico sono la trasduzione, in cui il DNA
viene trasferito dai virus batterici o batteriofagi,
e la trasformazione, in cui il DNA viene inglobato nella cellula batterica
direttamente dall’ambiente esterno.
Le cellule batteriche si moltiplicano per fissione binaria: il materiale genetico si duplica e si distribuisce ai due poli della cellula batterica, la quale si allunga e alla fine si divide in due cellule figlie identiche alla cellula madre. Alcuni batteri si riproducono ogni 20-40 minuti. In condizioni favorevoli, con una divisione ogni 30 minuti, da una sola cellula dopo 15 ore si possono ottenere circa un miliardo di nuove cellule, che formano una colonia spesso visibile a occhio nudo. In condizioni avverse alcuni batteri vanno incontro a un processo di divisione modificato, al termine del quale vengono prodotte forme quiescenti, dette spore, in grado di sopportare condizioni estreme di temperatura e umidità.
Riproduzione di un batterio (filmato)
Una volta raggiunta una
dimensione opportuna, ogni batterio si divide in due cellule identiche, di
massa pari a circa la metà di quella originaria. A loro volta, le due cellule
figlie si accrescono fino a dividersi ulteriormente. Un batterio si può
riprodurre ogni venti minuti circa, proliferando in colonie abbastanza grandi
da essere visibili a occhio nudo.
Vita e attività dei batteri
I batteri instaurano vari tipi
di relazioni con gli altri organismi. I saprofiti
vivono su organismi animali e vegetali morti, contribuendo alla loro
decomposizione negli elementi costitutivi, che possono essere, così,
riutilizzati dagli altri organismi presenti nell’ecosistema.
I batteri simbionti vivono, invece, all’interno di organismi viventi, con i
quali possono instaurare una relazione di mutualismo, di commensalismo o di
parassitismo. Un esempio di relazione del primo tipo è fornito dai batteri che
vivono nel canale alimentare degli animali superiori e che contribuiscono alla
digestione delle sostanze nutritive, in cambio di una parte degli alimenti
procacciati dall’animale. I batteri commensali ottengono, invece, le sostanze
nutritive dal loro ospite, senza però causargli né vantaggi, né svantaggi.
Infine, i parassiti causano danni più o meno
gravi agli organismi in cui vivono, senza recare loro alcun vantaggio.
I batteri sono responsabili del
deterioramento di cibi come la carne, il vino, la verdura, il latte e i
latticini. L’azione di questi microrganismi produce un’alterazione delle
caratteristiche chimiche dell’alimento, il quale in alcuni casi presenta
semplicemente una variazione di aspetto o di gusto, mentre in altri casi può
causare gravi forme di avvelenamento alimentare (vedi Botulismo).
Alcuni batteri svolgono ruoli
importanti in numerosi processi industriali, come nella fermentazione
necessaria alla produzione di formaggi e yogurt. I batteri sono, inoltre,
utilizzati per la concia delle pelli, l’insilamento del foraggio, la produzione
di tabacco, fibre tessili, farmaci, enzimi e detergenti.
I batteri si trovano in quasi
tutti gli ambienti, dove contribuiscono a diversi processi biologici. Alcuni
batteri possono, ad esempio, produrre luce (vedi Bioluminescenza) o liberare sostanze gassose.
I batteri hanno grandissima
importanza nella formazione e nella composizione del suolo,
in quanto, con la loro attività di decomposizione del materiale organico,
immettono nel terreno grandi quantità di sostanze nutritive che vengono
utilizzate dalle piante. I batteri azotofissatori come Rhizobium radicicola
infettano le radici delle leguminose,
rifornendo le piante e il terreno di sostanze azotate (vedi Fissazione dell’azoto).
La fotosintesi, su cui è basata la vita delle piante, si è quasi certamente evoluta da batteri in grado di compiere questo processo; una prova a sostegno di quest’ipotesi è costituita dalla scoperta dell’Heliobacterium chlorum, un batterio dotato di un apparato fotosintetico semplificato.
Batteri patogeni
Sono note circa 200 specie di
batteri patogeni, responsabili di numerose malattie
dell’uomo. Il grado di patogenicità può variare a seconda della virulenza della
specie batterica e delle condizioni generali dell’organismo ospite. Fra le
malattie batteriche più gravi vi sono colera,
tetano, gangrena
gassosa, lebbra, peste,
dissenteria, tubercolosi,
sifilide, febbre
tifoide, difterite, brucellosi e polmonite.
Prima della scoperta dei virus, i batteri
erano considerati gli agenti causali di tutte le malattie infettive.
Antibiotici
Diversi microrganismi, tra cui alcune specie di funghi e batteri, producono sostanze chimiche in grado di interferire con i processi vitali di determinati ceppi batterici. Queste sostanze, che comprendono la penicillina (vedi anche resistenza agli antibiotici)e la streptomicina, sono chiamate antibiotici e possono uccidere i batteri o impedire loro di crescere e di riprodursi. In questo secolo gli antibiotici hanno esercitato un ruolo fondamentale nel controllo delle malattie infettive. Antisettici.