Biologia per il liceo/Le monere

I batteri sono stati i primi organismi a comparire nella storia della Terra. La loro cellula, piccola (1-10 micron) e semplice, è definita cellula procariote.

Le recenti analisi molecolari hanno individuato due tipologie di batteri: gli archebatteri e gli eubatteri.

Si sono adattati a vivere (evoluti) in diversi ambienti e perciò abbiamo le seguenti tipologie:

• Chemioautotrofi: usano l'energia ricavata da reazioni chimiche e il carbonio presente nell'anidride carbonica atmosferica. (es. Nitrosomonas, Nitrobacter e i batteri sulfurei che vivono nei camini idrotermali)
• Chemioeterotrofi: usano l'energia ricavata da reazioni chimiche e il carbonio presente nei composti organici (come gli animali).
• Fotoautotrofi: usano l'energia ricavata dalla luce e il carbonio presente nell'anidride carbonica atmosferica (come le piante). Es. i cianobatteri (Nostoc).
• Fotoeterotrofi: usano l'energia ricavata dalla luce e il carbonio presente nei composti organici.

		Fonte di energia
		Sostanza chimica	Luce
Fonte di carbonio	CO2	Chemioautotrofi	Fotoautotrofi
	Composti organici	Chemioeterotrofi	Fotoeterotrofi

La cellula procariote è semplice e non ha un nucleo ben definito. Il materiale nucleare, costituito da un cromosoma circolare e alcuni pezzetti di DNA, è in circolazione all'interno del citoplasma, questi ultimi prendono il nome di plasmidi.

Struttura esterna e interna

Struttura di un batterio

La cellula procariote caratterizza le cellule dei batteri e non ci sono sostanziali differenze tra quella degli archebatteri e quella degli eubatteri. Le principali strutture che caratterizzano le cellule procariote sono:

• Parete cellulare: da la forma alla cellula e la protegge. Quella degli eubatteri contiene peptidoglicano (peptidi+zuccheri). Negli eubatteri inoltre la parte può avere due strutture diverse, e di conseguenza si può colorare in due modi diversi secondo la colorazione di Gram, distinguendo i batteri in Gram-positivi (blu-violetto) e Gram-negativi (rosso).
• Capsula: è esterna alla parete e presente solo in alcuni batteri. Permette di aderire al substrato o di difendersi dagli attacchi del sistema immunitario.
• Pili: sono delle estroflessioni simili a peli che permettono al batterio di aderire al substrato o di unirsi tra loro. In alcuni casi consente loro di scambiare plasmidi (piccoli anelli di DNA).
• Flagelli: alcuni sono muniti di queste estroflessioni mobili che permette loro di muoversi.
• Membrana cellulare: formata, come tutte le membrane, da un doppio strato di fosfolipidi.

• Citoplasma: la regione interna, priva di nucleo e/o organelli, che contiene principalmente il genoma ed i ribosomi. Un cromosoma procariote è solitamente una molecola circolare. Anche senza un vero nucleo, il DNA è condensato in un nucleoide. I procarioti possono avere elementi di DNA extracromosomico chiamati plasmidi, che sono solitamente circolari (come piccoli anelli) e che possono apportare capacità aggiuntive come la resistenza agli antibiotici.

Morfologia

In base alla forma possono essere classificati in modo diverso

• cocchi: hanno una forma quasi sferica (strepto-cocchi se in catene, stafilo-cocchi se in grappolo)
• bacilli: il diametro è più lungo che nei cocchi, sono leggermente allungati. A forma di bastoncino.
• vibrioni: a forma di virgola
• spirilli/spirochete: forma elicoidale, a "molla".

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  Escherichia coli, un bacillo

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  Stafilococco (cocchi a grappoli)

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  treponema pallidum (spirillo)

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  Vibrioni

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  Streptococco (cocchi in linea)

Riproduzione

I batteri si riproducono per divisione diretta, pertanto il cromosoma circolare si duplica e si distribuisce su due cellule figlie; ogni volta che si riproducono, si raddoppiano. Questa velocità di riproduzione rende più probabili le mutazioni.

I batteri, pur riproducendosi asessualmente (replicazione batterica), riescono a scambiarsi le informazioni per resistere agli antibiotici medianti i pezzi di DNA (plasmidi) che sono extracromosomici. I plasmidi favoriscono il riassortimento genetico.

Esistono tre modalità secondo cui i due batteri riescono a scambiarsi informazioni genetiche, ciò garantisce la variabilità genetica:

1. Trasformazione batterica: i batteri trovano nell'ambiente circostante del materiale genetico di altri batteri andati in decomponimento, lo assimilano e quindi si trasformano
2. Coniugazione: i due batteri si avvicinano e mediante un pili di coniugazione, che permette il passaggio dei plasmidi, si scambiano le informazioni di resistenza agli antibiotici. Prima di donare i plasmidi, il batterio si duplica.
3. Trasduzione: è il passaggio di DNA da un battere ad un altro tramite un fago (virus che infetta i batteri).

In condizioni favorevoli i batteri si riproducono molto velocemente per scissione binaria (mediamente ogni 1-3 ore). In condizioni sfavorevoli sono in grado di produrre una cellula specializzata detta endospora, in grado di sopravvivere per molto tempo anche in ambienti estremi.

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  Scissione binaria dei batteri

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  Animazione della scissione binaria

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  Scissione binaria nei batteri

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  In this image, a gene from bacterial cell 1 is moved from bacterial cell 1 to bacterial cell 2. This process of bacterial cell 2 taking up new genetic material is called transformation.

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  Meccanismo della coniugazione batterica: 1) La cellula F+ produce il pilo coniugativo 2) Il pilo coniugativo aggancia la cellula F− e le due cellule si avvicinano 3) Il plasmide F viene tagliato e uno dei due filamenti viene trasferito alla cellula F− attraverso il pilo coniugativo 4) Entrambe le cellule sintetizzano il filamento mancante del plasmide F e producono un pilo coniugativo.

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  Trasduzione, attraverso il fago, un tipo di virus

Archebatteri

Si ipotizza siano stati i primi batteri a colonizzare il pianeta Terra, poiché molte specie vivono in ambienti estremi: molto caldi, molto freddi, molti salati, o con pH estremi. Sono inoltre molto abbondanti nell'ambiente marino (al pari degli eubatteri). Si riportano qui alcuni gruppi importanti.

Batteri alofili

Sono batteri in grado di vivere in ambienti molto salati (alos = sale), ad esempio nelle saline o nei laghi salati. Conferiscono un tipico colore rosa a queste acque.

Batteri termofili

Vivono in ambienti molto caldi, anche superiori a 100°. Sono per esempio i batteri che vivono nelle sorgenti termali, anche sottomarine.

Batteri metanogeni

Sono batteri che vivono in ambienti anaerobi (privi di ossigeno) e producono metano come rifiuto. Si trovano ad esempio nei fondali di laghi e paludi dove c'è materiale organico in decomposizione, ma anche nell'apparato digerente degli animali.

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  Alobatterio, vive in ambienti molto salati (Halos=sale)

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  Veduta aerea degli stagni salati nella baia di San Francisco. I microrganismi alofili arrossano l'acqua salina

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  Le sorgenti idrotermali oceaniche ospitano importanti colonie di batteri termofili

Eubatteri

Rappresentano la maggior parte dei batteri comunemente noti.

I batteri hanno colonizzato ambienti molto diversi e quindi diversi modi di procurarsi materia ed energia. Nelle foto della galleria sono rappresentati alcuni batteri famosi.

Batteri patogeni

Sono i batteri che causano le malattie. Circa metà delle malattie umane sono causate da batteri. In genere a causare la malattia è la tossina rilasciata dal battere. Gli antibiotici sono sostanze che uccidono i batteri, in genere danneggiando la loro parete. Però molti batteri hanno sviluppato una resistenza, per cui le industrie farmaceutiche sono sempre alla ricerca di nuovi antibiotici efficaci.

Batteri utili

Molti batteri sono utili all'ambiente e al nostro organismo. Ad esempio alcuni batteri vivono sulla nostra pelle e aiutano a mantenerla sana, altri vivono nel nostro intestino e producono sostanze utili (vitamine). Negli ecosistemi hanno un ruolo importante, assieme ai funghi, come decompositori della materia organica.

Cianobatteri

Detti anche alghe verdi-azzurre o alghe azzurre, sono batteri fotosintetici ed è stato grazie alla loro attività che la composizione atmosferica iniziò a cambiare circa 2,5 miliardi di anni fa, rifornendola di ossigeno.

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  Escherichia coli (bacillo), il battere più importante che popola la flora intestinale

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  Treponema Pallidum (spirillo), causa la sifilide (una malattia venerea)

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  Staphilococcus aureus (cocco), un batterio che può causare diverse infezioni nell'uomo

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  Il vibrione Vibrio colerae, responsabile del colera

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  Yogurt: latte fermentato dai batteri Lactobacillus bulgaricus e Streptococco thermophilus

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  Lactobacillus bulgaricus

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  Streptococcus thermophilus

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  I cianobatteri sono batteri in grado di fare la fotosintsi

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  Cyanobatteri: batteri fotosintetici

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  Nostoc, un cianobattere