Appunti Esaustivi di Microbiologia e Batteriologia Generale

Introduzione al Corso di Microbiologia

Il corso si suddivide in diverse aree di studio, ciascuna affidata a un docente specializzato:

• Batteriologia generale e speciale: Prof.ssa Roberta Rizzo.
• Virologia generale e speciale: Prof. Dario Di Luca.
• Tecniche di laboratorio: Prof.ssa Valentina Gentili.
• Micologia, Parassitologia, Microbiologia medica: Prof.ssa Daria Bortolotti.

Libri di Testo Consigliati

Per un approfondimento esaustivo, sono indicati i seguenti testi:

• Murray et. al., Microbiologia Medica, VIII edizione, EDRA.
• Sherris, Microbiologia Medica, VI edizione, EMSI.
• Antonelli et al., Principi di Microbiologia Medica, III edizione, Casa Editrice Ambrosiana.

Modalità d'Esame

L'esame si svolge in modalità scritta sulla piattaforma Moodle.

• Struttura: 32 quesiti a scelta multipla con 5 opzioni di risposta ciascuno.
• Tempo a disposizione: 20 minuti.
• Valutazione: Ogni risposta esatta vale 1 punto; non sono previste penalità per le risposte errate.
• Soglie di punteggio: Per ottenere il 18 è necessario rispondere correttamente a 18 domande. Per il 30 e Lode, è necessario totalizzare 31 o 32 risposte corrette.
• Requisito di ammissione: È obbligatorio aver svolto le attività didattiche caricate su Moodle.

Evoluzione Storica della Microbiologia e degli Antibiotici

Contestualizzazione e Mycobacterium Tuberculosis

La microbiologia è fondamentale per la pratica medica poiché permette di distinguere i microrganismi e comprendere le minacce sanitarie, come dimostrato dalla recente risposta rapida (ricerca e vaccini) a virus sconosciuti.

Storicamente, prima della Seconda Guerra Mondiale, le infezioni batteriche erano spesso fatali. Un esempio significativo è il Mycobacterium tuberculosis, l'agente eziologico della tubercolosi. Questo batterio distrugge il tessuto polmonare creando delle vere e proprie "voragini" strutturali, rendendo la respirazione progressivamente impossibile. All'epoca, l'unica parziale soluzione era il ricovero nei sanatori (località montane o lacustri con aria rarefatta), un privilegio per pochi che raramente garantiva la guarigione definitiva.

La Scoperta della Penicillina

• 1928 - Alexander Fleming: Identificò casualmente sostanze prodotte da un micete del genere Penicillium capaci di inibire la crescita batterica su una piastra Petri (si ipotizza a seguito di uno starnuto accidentale sulla cultura). Tali sostanze vennero denominate antibiotici.
• Il primo paziente: Albert Alexander ricevette la penicillina per sole 24 ore. Oggi sappiamo che una terapia efficace deve durare almeno 6 giorni con somministrazioni multiple.
• Limiti iniziali: La produzione era lenta a causa della mancanza di tecnologie per la crescita massiva dei miceti.
• Anni '40 - Mary Hunt: Scoprì un fungo, il Penicillium chrysogeum, che risultò 1000 volte più potente e produttivo rispetto alla muffa isolata originariamente da Fleming.

Produzione Industriale e Impatto Sociale

Durante la Seconda Guerra Mondiale, gli Stati Uniti avviarono la produzione industriale di antibiotici per contrastare la setticemia dei soldati feriti. Questo portò a una rivoluzione radicale: patologie precedentemente mortali, come un semplice ascesso dentario, divennero completamente curabili in tempi brevi.

Classificazione dei Microrganismi

I microrganismi vengono suddivisi in base alla complessità strutturale:

• Procarioti (dal greco "prima del nucleo"): Privi di nucleo definito. Includono i batteri, con dimensioni comprese tra $0.2$ e $2\,\mu m$.
• Eucarioti (dal greco "nuovo nucleo"): Provvisti di nucleo e membrana nucleare. Includono:
  • Miceti (funghi e lieviti): Dimensioni tra $3$ e $5\,\mu m$.
  • Protozoi (parassiti): Dimensioni tra $5$ e $150\,\mu m$.
• Virus: Entità non cellulari, prive di organuli, composte solo da acidi nucleici. Sono parassiti intracellulari obbligati, necessitando di altre cellule per la replicazione.
• Prioni: Proteine infettanti prive di acido nucleico.
• Viroidi: Piccole molecole di RNA che infettano esclusivamente i vegetali (non trattati nel corso).

I Postulati di Koch

Per identificare con certezza il microrganismo responsabile di una patologia e determinare la terapia corretta (antibiotico per batteri, vaccino o antivirale per virus), si utilizzano i 4 postulati di Koch:

1. Isolamento: Il microrganismo deve essere presente nel liquido biologico del paziente malato (es. sinovia per dolori articolari) e assente nei soggetti sani.
2. Cultura Pura: Il microrganismo prelevato deve essere isolato in una piastra Petri per ottenere una colonia pura, associando un unico patogeno a un unico segno clinico.
3. Inoculazione: Il microrganismo isolato, iniettato in un modello animale sano, deve riprodurre la stessa malattia osservata originariamente.
4. Riesumazione: Deve essere possibile isolare nuovamente lo stesso microrganismo dal modello animale infettato.

Nota: Nella realtà clinica, la distinzione dei sintomi è spesso sfumata e diversi patogeni possono causare quadri clinici simili.

Interazione Ospite-Microrganismo

È fondamentale distinguere tra patogeni e organismi benefici:

• Microrganismi Benefici: Come il genere Lactobacillus (flora intestinale) o i microrganismi che proteggono la cute e attivano il sistema immunitario.
• Equilibrio Microbiota: Il compito del medico è trattare i patogeni senza distruggere la microflora utile (es. associazione di fermenti lattici alla terapia antibiotica).

Struttura e Identificazione dei Batteri

Morfologia Batterica

La cellula procariotica è più semplice di quella eucariotica internamente, ma complessa esternamente. Le forme principali sono:

• Cocchi: Struttura sferica/tonda.
• Bacilli: Forma allungata a bastoncello.
• Spirilli: Forma a virgola.
• Spirochete: Forma a spirale/serpente.
• Forme rare: Gemmate, peduncolate, filamentose.

Organizzazione Spaziale

• Streptococchi: Disposizione a catenella.
• Stafilococchi: Disposizione a grappolo.

Componenti della Cellula Batterica

Genoma e Citoplasma

• DNA: Singolo cromosoma circolare non associato a istoni, situato in una regione citoplasmatica non delimitata da membrana chiamata nucleoide.
• Ribosomi: Di tipo 70S, composti da due subunità: 30S e 50S. La differenza con i ribosomi eucariotici (80S) li rende un bersaglio farmacologico ideale.
• Membrana Citoplasmatica: Doppio strato fosfolipidico con proteine canale. Svolge le funzioni dei mitocondri (assenti nei batteri) ospitando i trasportatori di elettroni per la produzione di ATP.

Origine dei Mitocondri

Si ipotizza che i mitocondri originino da una simbiosi ancestrale in cui una cellula procariotica ha fagocitato un batterio (teoria endosimbiontica), fornendo un vantaggio selettivo grazie alla produzione energetica. Questo sottolinea la resistenza evolutiva dei batteri rispetto alla vulnerabilità degli organismi complessi.

La Parete Batterica

La parete è una struttura esclusiva dei batteri che funge da scheletro, mantiene la morfologia, regola gli scambi d'acqua ed evita la lisi osmotica.

Struttura del Peptidoglicano (Mureina)

È composto da dimeri di:

• NAMA (acido N-acetilmuramico).
• NAGA (N-acetilglucosamina). Legati da un legame $\beta\,1-4$ (tra i carboni in posizione 1 e 4).

Differenze tra Gram+ e Gram-

1. Gram positivi (Gram+):

   • Parete spessa.
   • Presenza di un tetrapeptide legato al peptidoglicano: L-alanina, D-acido glutammico, D-lisina, D-alanina.
   • Ponte penta-glicinico: Una catena di 5 glicine unisce la L-lisina di un tetrapeptide alla D-alanina di quello adiacente.

2. Gram negativi (Gram-):

   • Parete più sottile e compatta.
   • Tetrapeptide composto da: L-alanina, D-acido glutammico, acido meso-diaminopimelico (DAP), D-alanina.
   • Legame diretto: L'acido meso-diaminopimelico si lega direttamente alla D-alanina del tetrapeptide vicino, senza ponti glicinici.

Il Lisozima

Enzima presente in lacrime e saliva, capace di scindere i legami $\beta\,1-4$ del peptidoglicano. Rappresenta una barriera naturale innata. Un batterio privato della parete a seguito dell'azione del lisozima è definito protoplasto (termine di rilevanza d'esame).