I Batteri

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I BATTERI
Batteri (greco baktérion, "bastoncino"), grande gruppo di organismi unicellulari perlopiù 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. 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.
Ecologia
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. Altri batteri 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: essi contribuiscono alla digestione delle sostanze nutritive e producono vitamine che l'animale ospite non è in grado di sintetizzare; in cambio, i batteri utilizzano alcune sostanze presenti nell'apparato digerente dell'ospite. Questi batteri costituiscono la cosiddetta flora intestinale. I batteri commensali sfruttano, invece, le sostanze nutritive dal loro ospite, senza procurare a questo 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.
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 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.
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.
In base alle esigenze nutritive, i batteri si distinguono in due gruppi: saprofiti°°, se vivono su sostanze prive di vita, parassiti se si sono adattati a vivere su organismi viventi. I parassiti si differenziano ulteriormente in commensali (simbionti), se albergano nell'ospite senza determinare malattia, e patogeni, se sono in grado di determinarla. Questi ultimi possono essere patogeni facoltativi, se causano malattia solo in particolari condizioni, oppure patogeni obbligati, se la loro presenza è sempre causa di una forma morbosa. La distinzione tra commensali e patogeni non è comunque assoluta. Quando i batteri patogeni invadono un organismo possono produrre sostanze dannose capaci di ostacolare le capacità di difesa dell'organismo stesso. Molti batteri producono un enzima particolare, la ialuronidasi, che depolimerizza l'acido ialuronico alterando quindi la compattezza del tessuto connettivo e favorendone l'invasione. I clostridi, responsabili delle gangrene gassose, producono invece collagenasi che distrugge il collagene del tessuto muscolare tra le cui fibre si accumulano i gas prodotti dal metabolismo di questi batteri. Gli stafilococchi patogeni producono coagulasi e il coagulo che ne deriva costituisce una barriera attorno al focolaio di infezione con ostacolo quindi dell'intervento delle cellule fagocitarie dell'organismo. Altri batteri producono leucocidine, sostanze che sono in grado di distruggere rapidamente i leucociti, oppure emolisine, sostanze cioè in grado di dissolvere rapidamente i globuli rossi. Anche alcune strutture dei batteri, quali i comuni pili, condizionano la virulenza, per es. dei gonococchi, in quanto ne favoriscono la fissazione alle cellule epiteliali e di conseguenza la colonizzazione nonostante le correnti liquide dell'apparato urinario. Notevole ruolo giocano, infine, le sostanze tossiche che possono essere liberate nell'ambiente esterno dal microrganismo (esotossine) oppure, essendo parte integrante del corpo microbico stesso, sono liberate solo dopo la morte e la lisi dei batteri (endotossine). La maggior parte delle infezioni nell'uomo sono causate da microrganismi viventi trasmessi direttamente da un individuo all'altro attraverso l'acqua, l'aria, i cibi, gli indumenti e gli insetti. Tra le malattie infettive più importanti vi sono la tubercolosi (sostenuta dal Mycobacterium tubercolosis), il botulismo (Clostridium botulinum), il colera (Vibrio comma), il tetano e le gangrene gassose (Clostridium). Caratteristica di tutti i batteri patogeni è la virulenza, il cui grado può variare notevolmente non solo fra i diversi ceppi appartenenti alla stessa specie microbica, ma anche nei confronti di uno stesso stipite in rapporto a diverse condizioni ambientali. Un batterio patogeno diminuisce di virulenza se trasferito dal suo ambiente naturale a un terreno di coltura artificiale. Un ceppo con virulenza diminuita è definito attenuato e può essere impiegato per preparare i vaccini.
Metodi di studio dei batteri
Alcune caratteristiche delle cellule batteriche (per es. morfologia, struttura, reazione ai coloranti, mobilità) sono studiate prevalentemente al microscopio ottico; a questo scopo i batteri sono strisciati su un vetrino oppure esaminati in goccia pendente. La loro struttura antigenica viene valutata attraverso tecniche sierologiche (per es. agglutinazione, precipitazione). L'attività metabolica di un determinato ceppo batterico è studiata attraverso prove biochimiche (per es. utilizzazione dei carboidrati, produzione di particolari enzimi) condotte su colture pure di quel ceppo. Solo pochi generi batterici sono sufficientemente caratteristici da poter essere identificati mediante il semplice esame microscopico; anche l'aspetto della colonia – che può variare in funzione del tipo di terreno colturale e delle condizioni di crescita – può essere di utilità all'identificazione. Le caratteristiche comunemente studiate includono la colorazione di Gram, la morfologia, la mobilità, la capacità a produrre spore, l'acido-resistenza e l'esigenza di condizioni aerobiche o anaerobiche per la crescita; altre prove sono di natura biochimica e includono la valutazione della capacità del microrganismo a utilizzare particolari substrati (con conseguente generazione di acidi e/o gas), a produrre particolari enzimi (per es. catalasi, fosfatasi), oppure a ridurre od ossidare determinati componenti del terreno colturale. Le popolazioni batteriche possono venire conservate vitali mediante procedure diverse, quali l'essiccazione, il congelamento, la liofilizzazione o continue subcoltivazioni in terreni di crescita; per contro possono essere distrutte o inattivate mediante tecniche di sterilizzazione (per es. calore), mediante ultrasonicazione e ancora per intervento di disinfettanti e antibiotici. Alcune specie batteriche vengono lisate in presenza di anticorpi specifici e di complemento; altre sono distrutte dai virus batteriofagi o ancora da microrganismi del genere Myxobacterium.
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 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.La penicillina, che viene sintetizzata dal fungo Penicillium,è stato il primo antibiotico a noi noto e oggi essa può essere sintetizzata in laboratorio. Recenti progressi nel controllo delle malattie sia batteriche sia virali sembrano emergere dalla ricchezza di informazioni fornita dallo studio del DNA ricombinante. Ritenuti inizialmente di scarsa importanza, questi studi stanno in realtà gettando nuova luce sui processi infettivi, per esempio, i geni batterici e virali portatori della virulenza.
°Fissione In biologia, un tipo di riproduzione asessuata, caratterizzata dalla divisione del corpo in due o più parti, ciascuna delle quali si sviluppa in un individuo completo. La fissione binaria, o in due parti, può essere identica alla divisione cellulare, oppure può comprendere una riorganizzazione del citoplasma e la costruzione di nuove strutture cellulari. La fissione è comune fra gli organismi unicellulari, ma è rara negli organismi pluricellulari, poiché richiederebbe la rigenerazione di parti specializzate in ciascuno degli organismi figli. La fissione binaria nei microrganismi può essere trasversale (lungo l'asse minore dell'individuo), come nel paramecio, o longitudinale (lungo l'asse maggiore dell'organismo), come nel flagellato coloniale Euglena.La fissione multipla può avvenire in seguito a diverse fissioni binarie successive all'interno di una guaina, come negli sporozoi, oppure in seguito a divisioni ripetute del nucleo e del citoplasma, come nel protozoo responsabile della malaria. Vermi come la planaria e alcuni anellidi talvolta si riproducono per fissione.
°°Saprofiti Nome comune usato per indicare gli organismi che non sono in grado di fabbricarsi il cibo con la fotosintesi, ma lo ottengono dalla materia vegetale o animale in decomposizione.