Microbiologia, Virologia e Parassitologia: Appunti del Corso

Informazioni Pratiche

• Batteriologia e micologia: 30 ore di lezione frontale.
• Materiale didattico: Slide delle lezioni su Moodle.
• Libri consigliati:
  • Microbiologia medica. Società Editrice Esculapio.
  • Principi di microbiologia medica. CEA.
  • Brock. Biologia dei microrganismi. Ed Person.
• Modalità d’esame: Esame scritto con 60 domande a risposta multipla in 60 minuti:
  • Batteriologia e micologia (prof.ssa Bernabè): 25 domande
  • Virologia (prof. Di Iorio): 15 domande
  • Parassitologia (prof.ssa Marcer): 10 domande
  • Diagnostica microbiologica (prof. Menegotto): 10 domande

Programma Batteriologia e Micologia a.a 2024-2025

• Cenni di immunologia
• Batteriologia generale
  • Tassonomia dei batteri
  • La cellula batterica
  • La spora
  • Fisiologia batterica
  • Disinfettanti e farmaci antimicrobici
  • Modalità di scambio genico
  • Interazioni ospite parassita
  • Fisiologia e genetica batteri
  • Batteriofagi
• Batteriologia sistematica
  • Cenni sui principali batteri patogeni per l’uomo
• Micologia
  • Classificazione dei miceti
  • Caratteristiche dei miceti
  • Micosi superficiali, cutanee e sottocutanee
  • Micosi sistemiche
  • Micosi opportunistiche
  • Farmaci antifungini

Microbiologia: Introduzione

• La microbiologia è la scienza che studia i microrganismi, entità invisibili a occhio nudo con dimensioni nell'ordine dei micrometri/nanometri, estremamente diversificati morfologicamente, funzionalmente e geneticamente.
• I microrganismi comprendono:
  • Procarioti: organismi unicellulari come i batteri.
  • Eucarioti: organismi unicellulari e pluricellulari come protozoi e funghi microscopici (lieviti e muffe).
  • Agenti subcellulari: i virus.

Tassonomia Batterica

• La tassonomia batterica è la branca della microbiologia che codifica ed elenca in modo univoco e sistematico le cellule procariotiche.
• Classificazione in tre Domini basata su struttura e sequenza di RNA ribosomiale.
• Definizione di Phylum, Classe, Ordine, Famiglia, Genere e Specie in base a caratteri fenotipici e genotipici comuni all'interno di ogni dominio.
• Albero filogenetico: rappresenta le relazioni evolutive tra i diversi organismi sulla Terra, costruito attraverso l'analisi dell'RNA ribosomiale, evidenziando tre linee evolutive o domini.

Domini

Dominio Eukarya

• Comprende gli eucarioti, inclusi animali, piante e microrganismi eucarioti.
• I microrganismi eucarioti hanno dimensioni maggiori rispetto ai batteri.
• Funghi microscopici o miceti:
  • Gruppo altamente complesso.
  • Hanno un ruolo benefico e impatto su diversi processi ambientali, ma possono anche essere agenti di malattie umane.
• Protozoi:
  • Forme antiche di vita eucariotica.
  • Unicellulari e microscopici.
  • Possono essere a vita libera o parassiti obbligati.

Dominio Archaea

• Procarioti.
• Parete cellulare con composizione variabile.
• Non sono sensibili agli antibiotici.
• Vivono in ambienti estremi con temperature superiori a 100°C.
• Produttori di metano.
• Non si conoscono specie patogene (es. Methanosarcina).

Dominio Bacteria

• Comprende solo cellule procariotiche, presenti in ogni habitat terrestre.
• La maggior parte dei procarioti non sono patogeni.
• Il Dominio è suddiviso in Phyla o gruppi tassonomici.
• Batteri:
  • Rappresentano la forma di vita più abbondante sul pianeta.
  • Lunga storia evolutiva che li ha esposti ad ambienti molto diversi, determinando una notevole plasticità di adattamento.

Differenze tra i tre Domini

Classificazione e Nomenclatura dei Batteri

• Basata su caratteristiche morfologiche, risposta a protocolli di colorazione, proprietà metaboliche e sequenze di rRNA 16S.
• Nomenclatura binomiale:
  • Dominio → Phylum → Classe → Ordine → Famiglia → Genere → Specie
  • Esempi:
    • Staphylococcus aureus: Domain Bacteria, Phylum Firmicutes, Classe Bacilli, Ordine Bacillales, Famiglia Staphylococcaceae.
    • Escherichia coli: Domain Bacteria, Phylum Proteobacteria, Classe Proteobacteria, Ordine Enterobacteriales, Famiglia Enterobacteriaceae.
    • Treponema pallidum: Domain Bacteria, Phylum Spirochaetes, Classe Spirochaetes, Ordine Spirochaetales, Famiglia Treponemataceae.

Dimensioni e Microscopia

• La microscopia è fondamentale nello studio dei microrganismi.
• In diagnostica, è usata per l'identificazione preliminare di batteri e l'identificazione definitiva di miceti e parassiti.
• Differenti tipologie di microscopi con diverso potere di risoluzione (distanza minima a cui due punti possono essere visti come immagini distinte).
• Nel microscopio ottico, il potere di risoluzione è di circa $0.2 \mu m$, circa un terzo della grandezza media di una cellula procariotica.

Tipi di Microscopi

• Microscopio ottico
• Microscopio elettronico
• Microscopio confocale a scansione laser

Microscopio Ottico

1. Sistema di illuminazione
2. Condensatore: sistema ottico che converge la luce sul campione
3. Apparato ottico:
   • Lenti dell’obiettivo (solitamente 10x, 40x, 100x)
   • Lenti dell’oculare (ingrandimenti tra 3x e 20x)

• Ingrandimento finale = (ingrandimento oculare) x (ingrandimento obiettivo)
• Potere risolutivo: Capacità di distinguere due punti vicini
• Limite di risoluzione: Distanza minima a cui due punti sono visti distintamente

Tipi di Microscopio Ottico:

• A campo chiaro
• A contrasto di fase
• A campo scuro
• A fluorescenza

Microscopio a Campo Chiaro

• Usato per osservazioni dirette di campioni freschi o fissati con calore.
• Il più utilizzato nei laboratori di microbiologia.
• Visualizza i microrganismi tramite contrasto tra il campione e l'ambiente circostante.
• La colorazione dei microrganismi aumenta il contrasto.

Microscopio a Campo Scuro

• Simile al microscopio a campo chiaro, ma con un condensatore che visualizza il raggio di luce tangenziale al campione.
• Consente la visualizzazione della superficie del campione.
• Maggiore potere di risoluzione.
• Utile per visualizzare microrganismi sottili (treponemi, leptospire).

Microscopio a Contrasto di Fase

• Tecnica per oggetti trasparenti.
• Sfrutta le differenze dell’indice di rifrazione tra campione e soluzione circostante.
• Le differenze di rifrazione sono convertite in differenze di luminosità.

Microscopio a Fluorescenza

• Usa una lampada a fluorescenza (lunghezza d’onda maggiore rispetto ai microscopi ottici).
• Il campione è marcato con fluorofori o è dotato di autofluorescenza.
• Il campione emette a lunghezze d’onda visibili.
• Esempio: Legionella pneumophila con anticorpo fluorescente.

Microscopio Confocale a Scansione Laser

• Usa luce monocromatica a lunghezza d’onda breve da una sorgente laser.
• La luce è deviata da uno specchio dicroico che seleziona specifiche lunghezze d’onda.
• Le lenti focalizzano la luce su un punto del piano ottico del campione.
• Il campione è marcato con fluorocromi eccitati dal raggio di luce ed emettono a una lunghezza d’onda maggiore, filtrata da un diaframma.
• Il segnale è amplificato dal fotomoltiplicatore ed elaborato.
• La scansione permette la ricostruzione di campioni spessi e immagini 3D. La luce dai piani superiori o inferiori non passa attraverso il diaframma, consentendo immagini nitide.
• Esempio: Visualizzazione di comunità batteriche come biofilm in carie dentale (Streptococcus mutans in verde, S. oralis in rosso).

Microscopio Elettronico

• Dotato di un generatore di elettroni, con lunghezza d’onda molto superiore ai microscopi ottici.
• Elevato potere di risoluzione.
• Permette la visualizzazione anche di virus.
• Il contrasto è aumentato trattando il campione con ioni metallici.
• Poco usato a scopo diagnostico.

Confronto tra Microscopi

Un Po' di Storia

• Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723): fu il primo ad osservare dei microrganismi con un microscopio rudimentale, costruito da lui, con un ingrandimento di 200/300 volte.
• Louis Pasteur (1822-1895) e Robert Koch (1843-1910): posero le basi per la microbiologia.
  • Pasteur:
    • Dimostrò il ruolo dei microorganismi nella fermentazione.
    • Ideò la pastorizzazione per inattivare i batteri.
    • Sviluppò le prime tecniche per coltivazione e osservazione dei batteri.
  • Koch:
    • Scoprì il ciclo infettivo del batterio responsabile dell’antrace, della tubercolosi e del colera.
    • Vinse il Nobel per la medicina nel 1905.
• Primi microbi associati alle malattie:
  • Bacillus anthracis (Koch, 1877): causa antrace (dal greco "carbone", per il colore nero delle lesioni cutanee).
    • Nel 1881, Pasteur fece il primo esperimento di vaccinazione contro l’antrace su ovini.
  • Mycobacterium leprae: causa lebbra (dal greco Λέπρα (lepra), «squamoso»).
    • Scoperto da Gerhard Armauer Hansen nel 1868, fu il primo batterio identificato come causa di malattia nell'uomo.
• Prima metà del 1900: introduzione dei primi agenti anti-batterici e vaccini.
• 1970: l'OMS dichiara l'eradicazione del vaiolo.