Microrganismi: Classificazione, Metabolismo e Ruolo in Ecologia e Malattie

1) Coniugazione

Si tratta di un processo attraverso il quale un batterio donatore trasmette DNA, tramite i suoi pili, a un altro batterio ricevente.

Plasmide

La capacità di dare e ricevere DNA sessuale è caratteristica; frammenti di DNA batterico donatore, chiamati episomi, vengono trasferiti ad altri batteri durante la coniugazione.

2) Trasformazione

Si tratta di un processo attraverso il quale i batteri introducono al loro interno DNA che deriva da altri batteri presenti nell'ambiente circostante. Quando un batterio è in grado di catturare il DNA ambientale, si dice che è competente.

a) Coniugazione
b) Trasduzione
c) Trasformazione

3) Trasduzione

Lo scambio di DNA è un fenomeno che richiede un agente di trasmissione: frammenti di DNA virale che vengono trasferiti da batteri parassiti.

Nella trasduzione, i fagi portano DNA batterico che si ricombina con il cromosoma del batterio ospite, trasformandolo in un nuovo ceppo.

Tutti questi fenomeni aumentano la variabilità dei batteri e sono alla base del processo evolutivo.

Classificazione dei Batteri

Gli Eubatteri, in base al loro tipo di metabolismo, si classificano come segue:

a) Eubatteri Autotrofi (capaci di produrre sostanza organica)

Eubatteri Fototrofi o Fotolitotrofi

Ci sono tre gruppi:

• I Cianobatteri. Possiedono clorofilla 'a' in sacchi citoplasmatici membranosi simili a tilacoidi, che sono mesosomi specializzati. Effettuano la fotosintesi ossigenica (con 2 fotosistemi).
• I Batteri Verdi. Possiedono batterioclorofilla nella membrana plasmatica e in sacchi ad essa collegati, chiamati clorosomi. Effettuano fotosintesi anossigenica (utilizzando composti senza ossigeno).
• I Batteri Rossi. Possiedono batterioclorofilla in invaginazioni della membrana di varia forma. Effettuano fotosintesi anossigenica. Nel loro ruolo, l'acqua solfurea è sviluppata da composti di zolfo (SH₂).

Eubatteri Chemiotrofi o Chemiolitotrofi (fissano CO₂)

Non utilizzano la luce e ottengono la loro energia dall'ossidazione di molecole inorganiche; pertanto, richiedono la presenza di ossigeno.

Questo gruppo include i batteri nitrificanti che ossidano l'NH₃ del suolo fino a nitriti e nitrati. Altri gruppi ossidano lo zolfo a solforico o trasformano il carbonato di ferro in idrossido di ferro. Fissano CO₂.

b) Eubatteri Eterotrofi

Utilizzano substrati biologici, vivi o morti, come alimenti, da cui ottengono nutrienti ed energia chimica; per questo motivo sono chiamati chemioorganotrofi.

I batteri eterotrofi possono essere saprofiti, parassiti o simbionti. Il gruppo più importante è quello dei saprofiti, responsabili dei processi di decomposizione e mineralizzazione dei resti organici negli ecosistemi: fermentazione (se il substrato è un carboidrato) e putrefazione (se il substrato è una proteina, che emana un odore sgradevole a causa della cadaverina).

Archeobatteri

Sono un gruppo molto eterogeneo, filogeneticamente separato sia dagli Eubatteri che dagli Eucarioti. Attualmente, alcuni autori non li considerano batteri e li chiamano Archaea. La maggior parte sono anaerobi.

Si riproducono per scissione binaria, gemmazione o frammentazione. Condividono alcune caratteristiche molecolari con gli Eucarioti, come i loro introni nel tRNA o la somiglianza della loro RNA polimerasi con quelle eucariotiche. In base al loro metabolismo e alle proprietà ecologiche, si dividono in:

Metanogeni

Vivono in ambienti rigorosamente anaerobici, dove producono metano attraverso la riduzione dell'anidride carbonica con H₂. Questa è l'origine del nome, noti anche come "gas di palude". Si trovano in ambienti ricchi di materia organica in decomposizione, acqua stagnante o serbatoi. Vivono anche nel tratto digestivo degli animali e nelle sorgenti calde e profondità oceaniche.

Estremofili Alofili

Richiedono elevate concentrazioni saline. Causano l'arrossamento delle acque sature di sale, come nel "Mar Rosso" e nelle saline.

Termofili o Termoacidofili

Sono stati isolati in sorgenti calde acidofile, dove possono resistere a temperature superiori a 90°C. Questo è il caso di alcuni geyser solforosi in parchi naturali.

Possono vivere a pH inferiori a 2, anche se il loro citoplasma mantiene un pH vicino alla neutralità.

Gli Archaea sono considerati organismi dominanti nella biosfera primordiale.

Regno Protisti

Costituiscono un gruppo eterogeneo di organismi eucarioti. Sono fondamentalmente organismi unicellulari, coloniali o filamentosi, con l'eccezione di alcune alghe macroscopiche. Possono essere:

• Fotosintetici ossigenici: le alghe o protofiti
• Eterotrofi: i protozoi

Sono acquatici (d'acqua dolce o marina) o vivono in ambienti umidi, come l'interno di animali e piante, dove si comportano come parassiti o simbionti.

La riproduzione può essere sessuale o asessuale, e talvolta presentano cicli vitali complessi.

Molti sono mobili. Si muovono tramite undulipodi: ciglia o flagelli, o attraverso movimenti ameboidi o flessuosi.

Protisti: Protozoi

CARATTERISTICHE SIMILI AI FUNGHI

Feofite (Alghe Brune), Clorofite (Alghe Verdi) o Rodofite (Alghe Rosse)

Dinoflagellati o Pirrofite
Crisofite
Euglenofite
Diatomee o Bacillariofite; Coniugate o Gamofite

Oomiceti e Muffe

• Zoomastigini (Flagellati)
• Rizopodi o Sarcodini
• Ciliati o Ciliophora
• Sporozoi o Apicomplessi

Funghi

Comprende organismi unicellulari (come i lieviti, responsabili di fermentazioni di interesse industriale) e pluricellulari, con ife filamentose che nel loro insieme costituiscono il micelio (muffe); a volte sorgono strutture riproduttive macroscopiche: il carpoforo (funghi). Sono eterotrofi.

Le loro cellule hanno pareti rigide rivestite di chitina e la loro riserva di energia è il glicogeno.

La loro riproduzione asessuata, il più delle volte, avviene per mezzo di spore asessuali (conidi) che si formano sulla punta delle ife (conidiofori) e, germinando, danno origine a un nuovo micelio vegetativo. Alcuni presentano anche riproduzione sessuale. In base alla nutrizione, i funghi possono essere:

• Saprofiti: si nutrono di materia organica morta.
• Parassiti: il micelio si sviluppa su altri esseri viventi, animali o piante.
• Simbionti: vivono in stretto rapporto con altri organismi e ne traggono beneficio reciproco. Esempi sono i Licheni (dove le alghe effettuano la fotosintesi e il fungo fornisce umidità e protezione) e le Micorrize (dove la pianta svolge la fotosintesi e il fungo assorbe acqua e sali minerali attraverso le sue ife).

Sono importanti agenti decompositori.

Microrganismi: Interesse Biologico

Attività Geochimica dei Microrganismi

Quando i resti di piante e animali vengono incorporati nel suolo, l'attività microbica inizia a digerire e ossidare i composti organici. Inoltre, i microrganismi hanno un ruolo nella decomposizione delle rocce e quindi nella formazione del terriccio. Sono attivi anche nei cicli biogeochimici e sono decompositori nelle catene alimentari degli ecosistemi.

Cicli della Materia

Il riciclo degli elementi della materia vivente è alla base dei cosiddetti cicli della materia o cicli biogeochimici; sebbene tutti gli organismi siano coinvolti in essi, i microrganismi svolgono un ruolo preponderante. I cicli sono:

• Il ciclo del carbonio
• Il ciclo dell'azoto

Microrganismi Agenti delle Malattie Infettive

Nel 1876, Robert Koch studiò l'antrace o carbonchio, una malattia infettiva che colpisce bovini e ovini e che può essere trasmessa anche agli esseri umani. Inoculando il sangue di un animale infetto in alcuni topi, questi contrassero la malattia e morirono. Con i suoi esperimenti, dimostrò che una specifica specie di batteri patogeni causa una malattia definita. Successivamente, descrisse il bacillo della tubercolosi e il vibrione del colera. I microrganismi patogeni sono responsabili di diverse malattie. Invadono gli animali attraverso ferite e aperture naturali. Alcuni sono patogeni solo quando le difese degli animali si abbassano e questi microrganismi sono chiamati opportunisti.

Di seguito, una serie di concetti legati alle malattie infettive:

• Malattia infettiva: è una malattia causata da un agente patogeno.
• Infezione: è la crescita dei microrganismi nei tessuti dell'ospite.
• Reazioni di ipersensibilità: sono reazioni anomale di un certo sistema di difesa dell'ospite.
• Patogenicità: è la capacità di un microrganismo di causare malattie. Un ceppo virulento causa la malattia, mentre un ceppo sicuro non la causa.
• Vettore: è un organismo che ospita un agente patogeno e può trasmetterlo, sia in fase di incubazione che in fase latente, anche dopo la malattia.
• Quarantena: periodo di isolamento per prevenire il contagio.
• Epidemia: si verifica quando ci sono molti casi di una malattia in una piccola area geografica.
• Pandemia: malattia infettiva diffusa su una vasta area della Terra.
• Endemia: è una malattia che colpisce una comunità in modo costante, ma la cui incidenza non è molto alta.
• Tossicità: è la capacità di produrre tossine (proteine o lipopolisaccaridi) che causano danni specifici nell'ospite.