Cosa sono i microrganismi?

La microbiologia è la branca della scienza che si occupa dello studio dei microrganismi. I microrganismi sono degli organismi unicellulari che raccolgono un’enormità di particelle microbiche di ridotte dimensioni (per i batteri si utilizza come misura il μm, i virus invece sono 100 volte più piccoli dei batteri). La risoluzione dell’occhio umano è 0,2 mm, perciò i batteri non possono essere esaminati ad occhio nudo. Il nostro occhio non riesce a distinguere due punti distanti meno di 0,2 mm. Per osservare i batteri è necessario il microscopio ottico che permette un ingrandimento medio da 400 a 1000 volte, quindi se un batterio è grande 1 µm, al microscopio lo si vedrà grande 1 mm. Le caratteristiche che ci permettono di riuscire nell’identificazione del ceppo microbico sono tante, tra cui citiamo la colorabilità, la mobilità, la morfologia, la collocazione spaziale e diverse altre.

I microrganismi comprendono i batteri, che sono raggruppati nei procarioti (gli organismi meno evoluti), ma ci sono anche i protozoi ed i funghi, che sono degli eucarioti (gli organismi più evoluti). I virus vengono trattati a parte perché sono un’entità “sui generis” sia per la morfologia che per le capacità infettanti. Sono rappresentati in particolare da un messaggio di acido nucleico che trasporta le sue potenzialità, che non riesce ad esprimere se non trova un’officina cellulare che ne permette la trascrizione del messaggio. Devono perciò questi virus infettare una cellula ospite (sono dei parassiti obbligati) all’interno della quale bloccano a livello ribosomico la sintesi proteica, indirizzando la cellula alla produzione delle particelle virali, sfruttando il suo meccanismo metabolico. Sono formati da una capsula proteica, detta capside, qualche volta con un ulteriore strato sottostante (il pericapside) che protegge l’acido nucleico. Di conseguenza sono più difficili da debellare, in quanto tanto più una macchina è complessa e tanto più è facile tentare di debellarla, mentre sul virus sono pochi i bersagli su cui può agire un farmaco antivirale (sul capside o sull’acido nucleico). Sui batteri sono invece molti i bersagli su cui può agire un antibiotico o dei farmaci chemioterapici di diversa famiglia.

I batteri sono importanti nella vita che si sviluppa sul pianeta, senza i quali la vita non sarebbe nemmeno iniziata. Sono comparsi sulla Terra 4,5 miliardi di anni fa e sono stati l’unica entità vivente per circa 2 miliardi di anni. Sono delle cellule procariote rimaste in solitudine per lungo tempo, dopo 2 miliardi di anni sono comparse poi le cellule protoeucariotiche (o eucariotiche) e solo 1,5 miliardi di anni fa gli organismi pluricellulari. Per un tempo lunghissimo i batteri sono rimasti le uniche forme di vita sulla Terra, anche perché le condizioni microclimatiche e macroclimatiche non erano ottimali per lo sviluppo di organismi diversi, si sviluppavano solo dei batteri anaerobi, che sono tutt’ora presenti sulla Terra. Questi non sono degli organismi molto evoluti, ma presentano delle caratteristiche peculiari (probabilmente è un motore antico, con una bassa efficienza metabolica, che con una molecola di glucosio ne ottiene due di ATP). Sono degli organismi posti molto in basso nella scala evoluzionistica, ovviamente si sono dovuti adattare al cambiamento della situazione climatica, quale per esempio la comparsa dell’ossigeno. Ovviamente i batteri aerobi hanno un’efficienza molto maggiore nell’ottenere energia, in quanto da una molecola di glucosio ottengono 36 / 38 molecole di ATP.

I microrganismi (o ceppi microbici, batteri o germi) possono essere:

  • causa di malattie che colpiscono il regno animale e vegetale
  • ubiquitari, non esiste una nicchia ecologica che ne sia priva
  • causa di degradazione degli alimenti e portatori di malattie infettive (come nel caso della salmonella, del botulino o dello stafilococco). Ci sono anche dei batteri che non producono danni fisici a chi consuma gli alimenti, ma dei danni economici a chi li produce, e sono i batteri degradanti degli alimenti, che modificano le caratteristiche organolettiche degli alimenti trasformandoli in scarti
  • essenziali per la vita, in particolare quelli responsabili della chiusura del ciclo dell’azoto, per l’acquisizione di questa molecola importantissima che serve alla formazione delle proteine, se non ci fossero infatti questi batteri che ossidano l’ammoniaca ed i nitriti fino alla formazione dei sali (i nitrati), perderemmo l’azoto presente sul pianeta e non potremmo ricostruire, attraverso le piante, le proteine vegetali. Questi batteri sono anche importanti però per quanto riguarda la fertilizzazione del suolo e nei cicli geochimici in cui rientrano
  • sono utilizzati come biomassa, ovvero come produttori di farmaci (gli antibiotici sono prodotti dai batteri ed hanno portato allo studio della chemioterapia, attualmente vengono ricercati e prodotti tantissimi antibiotici) e di molecole per uso industriale (molti batteri vengono utilizzati come starter (non solo i batteri, ma anche i lieviti), cioè ci sono dei microrganismi particolari che indirizzano la fermentazione di un prodotto in un verso piuttosto che in un altro, e portano alla differenziazione del sapore di salumi, formaggi e champagne, in base al metodo di produzione). È importante riuscire a sfruttare la manodopera di questi batteri per produrre sostanze, antibiotici, vaccini (quello per l’epatite B è prodotto a partire dal Saccharomyces cerevisiae, un microrganismo che viene largamente utilizzato come lievito negli impasti), farmaci ed ormoni. È importante la produzione di vaccini da parte dei batteri, perchè prima gli antigeni si prelevavano dal sangue di altri individui (i portatori sani), con il rischio di trasfondere oltre all’antigene qualcosa di più pericoloso, come il virus del AIDS
  • sono utilizzati anche come addittivi alimentari (sono dei batteri utilizzati come conservanti in quanto producono le batteriocine, delle sostanze antibatteriche naturali che ostacolano lo sviluppo di batteri patogeni e dei batteri degradanti gli alimenti)
  • concorrono all’equilibrio biologico della Terra e sono studiati come modelli sperimentali nella genetica molecolare e nella fisiologia cellulare, ma sono coinvolti anche nell’insorgenza di alcuni tumori

Solo alcuni microrganismi sono in grado di moltiplicarsi sui tessuti animali o vegetali, provocando dei danni all’ospite. Naturalmente i batteri attinenti all’uomo sono studiati dalla Microbiologia Medica (esistono molte branche della biologia sviluppatesi negli ultimi 20-30 anni). Fino agli anni ’70 la Microbiologia non esisteva come disciplina, ma si sviluppava all’interno della parte di Patologia o di Igiene. Poi l’Immunologia si è staccata a sua volta da queste materie, ed infine la Virologia. Moltissimi concetti si sono sviluppati e continuano a venire approfonditi.

La maggior parte di batteri, protozoi e miceti possono essere patogeni per l’uomo.

Adesso ci sono i “patogeni emergenti”, ovvero dei ceppi che non hanno una patogenicità intrinseca, dovuta alla struttura del batterio ed alla sua capacità di produrre tossine, ma all’opportunismo del ceppo stesso, in grado di attecchire e di svilupparsi sui soggetti immuno-compromessi. In questi casi i batteri, anche non dotati di una componente patogena, riescono a portare avanti una situazione importante dal punto di vista dell’infettività. Gli arcibatteri (o archibatteri) hanno un’evoluzione quasi nulla, vengono definiti fossili viventi, riescono a svilupparsi in ambienti estremi, come quelli che si trovavano sulla Terra miliardi di anni fa. Sono rimasti più o meno inalterati, ma vengono studiati dai biologi per le peculiarità che presentano. I termofili riescono a svilupparsi per esempio a temperature superiori a 80 °C, solitamente invece i batteri vengono inattivati al di sopra dei 65 °C. Gli alofili (che hanno una simpatia per il sale) si sviluppano in ambienti particolarmente salati, come ad esempio nelle saline. Lo studio di questi microrganismi può portare ad informazioni importanti, infatti questi sono tutti batteri che vivono in un ambiente sterile, non hanno più la possibilità di svilupparsi in ambienti “normali”.

Al di sopra nella linea evolutiva troviamo i batteri anaerobi, che non hanno la possibilità di ottenere energia a partire dall’ossigeno. Alcuni sono patogeni per l’uomo, vengono creati in laboratorio ed acquisiscono l’energia dal glucosio, fermentandolo. L’unica possibilità per acquisire energia è la fermentazione del substrato, in quanto non possiedono la catena respiratoria.

Ci sono tre linee evolutive dei batteri:

  • una che porta alla formazione di una particolare famiglia di batteri chiamata cianobatteri
  • una per acquisizione da parte dei cianobatteri del cloroplasto
  • la terza per acquisizione del mitocondrio

La suddivisione dei microrganismi in natura

  • saprofiti, sono dei microrganismi che vivono nell’ambiente esterno, non a carico di un ospite, ma sul materiale inanimato. Metabolizzano sfruttando i nutrienti presenti nell’ambiente esterno, ad esempio possiamo citare tra questi batteri quelli che compiono il ciclo dell’azoto, il ciclo del carbonio ed il ciclo dello zolfo. La temperatura di sviluppo di questi batteri è quella ambientale
  • parassiti, vivono esclusivamente o quasi (alcuni alternano il ciclo saprofita ed il ciclo parassita) a carico di un ospite superiore, acquisendo dall’ospite tutto ciò che serve per il proprio sviluppo. Spesso recano dei danni all’ospite, che tende ad eliminarli. Spesso i batteri diminuiscono le difese dell’ospite mediante la produzione di tossine, in modo da permanere più a lungo nell’ospite stesso, ma i veri patogeni sono quelli che non ammazzano l’organismo, ma lo portano avanti con delle patologie croniche, mantenendosi e mantenendo la loro progenie per lungo tempo