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Università degli Studi di Verona – Facoltà di Scienze MM. FF. e NN.
Corso di Laurea Triennale in Biotecnologie a.a. 2011-2012 ● Corso di Microbiologia Generale ● Titolare: Prof. Giovanni Vallini
La crescita microbica
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DIVISOME PROTEINS
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Scissione binaria di un batterio Gram positivo
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SINTESI DELLA PARETE CELLULARE IN UN BATTERIO Gram +
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SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO
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IL TASSO DI CRESCITA DI UNA COLTURA BATTERICA
Equation for calculating population size
over time:
Nƒ = (Ni)2n
Nƒ is total number of cells in the population.
Ni is starting number of cells.
Exponent n denotes the number of
generations
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Conta delle cellule batteriche mediante turbidimetro (nefelometro)
(OD = optical density; assorbanza espressa in NTU = nephelometric turbidity units)
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Conta delle cellule batteriche
mediante ematocitometro
(es. Camera di Thoma modificata da Helber:
profondità 0.02 mm, superficie del quadrato centrale 0.0025 mm2)
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Conta batterica mediante lettore automatico
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Conta microbica diretta
mediante il metodo del piastraggio delle sospensioni/diluizioni seriali
(CFU = colony forming units)
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CONTA MICROBICA SU PIASTRA
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Raffronto della stima della crescita microbica
mediante determinazione della densità ottica (nefelometria) e conta diretta su piastra
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Effetto deli nutrienti sulla crescita microbica in coltura discontinua (batch culture)
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IL CHEMOSTATO
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Caratteristiche dello stato stazionario in un chemostato
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Crescita microbica con produzione di metaboliti secondari
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What influences microbial growth?
• Nutrition
• Environment
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Nutrition
• Bacterial needs:
MAJOR ELEMENTS (C, H, O, N, P, S, K, Mg, Na, Ca, Fe)
• Essential elements that make up cell parts and
macromolecules
• Source of C defines groups of bacteria:
– Heterotrophs
– Autotrophs
• Other elements can be derived from inorganic salts
TRACE ELEMENTS (B, Cr, Co, Cu, Mn, Mo, Ni, Se, W, V, Zn)
• Elements needed in minute amounts, usually for
enzyme functioning
GROWTH FACTORS (vitamins, amino acids, etc.)
Organic compounds required in small amounts that microbes can
not synthesised by themselves
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Environment
• Temperature
• pH
• Oxygen concentration
• Salinity
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Effetto della temperatura sul tasso di crescita
e conseguenze a livello molecolare per la cellula microbica
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OPTIMA di temperatura per i microorganismi
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OPTIMA di pH per i microorganismi
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La diversità metabolica
Microorganismi e O2
L’ossigeno molecolare è un gas che risulta estremamente tossico nei confronti dei sistemi biologici i quali non
abbiano sviluppato meccanismi di difesa nei confronti dello stesso.
Bisogna ricordare che l’origine e lo sviluppo delle prime forme di vita sulla Terra è avvenuto in condizioni
strettamente anaerobiche. Solo in un secondo momento, con l’avvento della fotosintesi ossigenica, l’atmosfera si
è progressivamente arricchita di O2. Ciò ha spinto l’evoluzione nel senso di organismi capaci di sopravvivere in
presenza di questo gas, con indubbi vantaggi sul piano energetico-metabolico per i medesimi.
Al tempo stesso, lo sfruttamento di questi vantaggi ha richiesto l’adozione di adeguati sistemi di difesa contro gli
intermedi (veri responsabili della tossicità, dal momento che ossidano molecole biologiche chiave come i lipidi di
membrana!) quali lo ione superossido (O2-), il perossido di idrogeno (H2O2) ed il radicale idrossile (HO·) che si
formano allorquando l’O2 viene ridotto – nella respirazione aerobica - ad H2O.
La difesa nei confronti della tossicità legata alla presenza di ossigeno molecolare include meccanismi che limitino
il più possibile la produzione delle specie chimiche intermedie oppure eliminino questi intermedi allorché
inevitabilmente prodotti.
I microorganismi in grado di fronteggiare la presenza di O2 devono quindi disporre di sistemi enzimatici quali a)
superossido-dismutasi che catalizza la seguente reazione:
O2- + O2
- + 2H+ → H2O2 + O2
e b) catalasi e perossidasi che invece catalizzano la reazione seguente:
H2O2 + H2O2 -----> 2H2O + O2
(la catalasi non richiede NADH, mentre la perossidasi sì)
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La diversità metabolica
SULLA BASE DELLA RISPOSTA ALLA PRESENZA DI O2,
SI DISTINGUONO TRE CATEGORIE DI MICROORGANISMI
Categoria 1
AEROBI
Usano O2 e posseggono gli enzimi per detossificare gli intermedi
Categoria 2
ANAEROBI OSSIGENO-TOLLERANTI
Non usano l’O2 ma sono in grado di detossificare gli intermedi
Categoria 3
ANAEROBI OBBLIGATI
Non usano l’O2 e sono incapaci di detossificare le specie chimiche intermedie
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La diversità metabolica
Classificazione dei microorganismi sulla base della richiesta di ossigeno
Categoria 1
A) AEROBI OBBLIGATI muoiono in assenza di ossigeno molecolare (O2); non hanno
capacità di metabolismo fermentativo
B) MICROAEROFILI crescono in maniera ottimale a concentrazioni di O2 più basse
(5-10 % fino a 15%) rispetto al livello di ossigeno atmosferico (20
-21%)
C) CAPNOFILI crescono in presenza di concentrazioni di O2 ridotte (intorno al
15%) ed elevate concentrazioni di CO2 (intorno al 5%)
D) ANAEROBI FACOLTATIVI crescono meglio in presenza di ossigeno; se assente, possono
fermentare o adottare la respirazione anaerobica: in tali
condizioni crescono più lentamente
Categoria 2
E) ANAEROBI AEROTOLLERANTI fermentano sia in condizioni aerobiche che anaerobiche: l’O2 non
li uccide (es. Streptococcus lactis)
Categoria 3
F) ANAEROBI OBBLIGATI sono uccisi dalla presenza di ossigeno molecolare; possono
avere metabolismo fermentativo ovvero adottare la respirazione
anaerobica
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Corso di Laurea Triennale in Biotecnologie a.a. 2011-2012 ● Corso di Microbiologia Generale ● Titolare: Prof. Giovanni Vallini
La crescita microbica
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CRESCITA BATTERICA SULLA BASE DELLA RICHIESTA DI OSSIGENO
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Sistema Gas-Pack per colture microbiche in anaerobiosi
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Anaerobic glove box
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Toxic Forms of Oxygen and Detoxifying Enzymes
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BATTERI ED OSMOLARITA’
• Hypotonic
• Isotonic (0.85% NaCl)
• Hypertonic
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Halophiles require elevated salt concentrations to grow; often require
0.2 M ionic strength or greater and may some may grow at 1 M or
greater; example, Halobacterium.
Osmotolerant (halotolerant) organisms grow over a wide range of
salt concentrations or ionic strengths; for example, Staphylococcus
aureus.
BATTERI E SALINITA’ DEL MEZZO DI CRESCITA
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Struttura di alcuni soluti ricorrenti comunemente nei microorganismi
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Esempio di mezzo colturale definito (defined medium)
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Esempio di mezzo colturale
sintetico per la crescita di un
microorganismo particolarmente
esigente (fastidioso)
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Esempio di mezzo colturale complesso (rich medium)
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TERRENI SELETTIVI E MEZZI DIFFERENZIALI
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La crescita microbica
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GIN
A
Saccharomyces cerevisiae
Schizosaccharomyces pmbe
MODALITA’ DI REPLICAZIONE NEI LIEVITI
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La crescita microbica
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Modalità della crescita vegetativa
di un fungo filamentoso
Ife non settate (cenocitiche)
(es. Zigomycota)
Ife settate
MODALITA’ DI CRESCITA DEI FUNGHI FILAMENTOSI
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CRESCITA FUNGINA INDETERMINATA
Armillaria ostoyae
(Malheur National Forest, Oregon, USA)