MICROBIOLOGIA prof. Antonio Farris - AgrariaFree

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- I MICRORGANISMI E L’AGRICOLTURA Tutto il nostro sistema dell’agricoltura dipende in gran parte dalle attività microbiche; le leguminose sono piante che vivono in stretta associazione con una specie batterica che forma alle loro radici strutture chiamate noduli; in questi ultimi l’N2 atmosferico è convertito in un composto azotato fissato che può essere usato dalle piante nel loro sviluppo. Tali piante sono in grado di dare al suolo 200-300 Kg N anno/ha. Altri gruppi microbici di fondamentale importanza in agricoltura sono quelli che intervengono nel processo digestivo dei ruminanti. I microrganismi svolgono inoltre un ruolo chiave nel riciclaggio di importanti nutrienti per la nutrizione delle piante, in particolare C, N, S, rendendoli accessibili alle piante. Tuttavia i microrganismi possono essere anche dannosi per piante e animali provocando infezioni. - I MICRORGANISMI E GLI ALIMENTI I microrganismi ricoprono una funzione fondamentale nell’industria alimentare. Il deterioramento delle derrate alimentari si riflette ogni anno in un danno economico enorme. L’industria alimentare (inscatolamento, congelamento e liofilizzazione) prepara gli alimenti in modo che non vengano danneggiati dai microrganismi. Tuttavia, non tutti i microrganismi sono dannosi per gli alimenti o per coloro che se ne nutrono, per esempio i prodotti lattiero caseari (formaggio, yogurt e burro) vengono lavorati, almeno in parte, dalle attività di alcuni microrganismi. Allo stesso modo crauti, sottaceti, salumi e insaccati devono il loro grado di maturazione all’attività microbica. I prodotti da forno e le bevande alcoliche sono il risultato dell’azione dei lieviti. I microrganismi sono utili nella conservazione della frutta, per esempio sono spruzzati sulla buccia delle arance per evitare lo sviluppo di muffe. Si è sviluppata una branca della microbiologia che studia e seleziona microrganismi detti “starter” per determinate finalità. - MICRORGANISMI, ENERGIA E AMBIENTE Gran parte del gas naturale (metano) è prodotto dall’attività microbica da parte dei batteri metanogeni. I microrganismi fototrofi utilizzano energia luminosa per produrre biomassa (energia conservata in organismi viventi). La biomassa microbica e molti dei prodotti di scarto (domestici, agricoli e di origine animale) possono essere convertiti in “biogas” come metano ed etanolo dall’attività di specifici microrganismi. I microrganismi possono essere utilizzati nel trattamento di composti inquinanti prodotti dalle attività umane (biorisanamento). Ne sono stati isolati molti in grado di degradare petrolio, solventi, pesticidi e altri composti tossici . - MICRORGANISMI E FUTURO Le biotecnologie si riferiscono all’uso di microrganismi (per lo più OGM) in processi industriali di larga scala. Le biotecnologie sono fortemente dipendenti dall’ingegneria genetica, disciplina che si occupa della manipolazione artificiale dei geni e dei loro prodotti. L’insulina umana (un ormone sintetizzato a bassissimo livello nei pazienti diabetici) può essere prodotto microbiologicamente inserendo il gene umano dell’insulina ingegnerizzato in un microrganismo. Quindi è evidente come i microrganismi esercitino una <strong>prof</strong>onda influenza sulle società umane; PASTEUR affermò: “il ruolo dell’infinitamente piccolo, in natura, è infinitamente grande”. 6
LE RADICI STORICHE DELLA <strong>MICROBIOLOGIA</strong> La scoperta dei microrganismi è legata all’invenzione del microscopio. Hooke descrisse solo i corpi fruttiferi delle muffe nel 1664 (osservate con l’impiego di uno strumento con l’obiettivo collocato alla fine di un soffietto regolabile), ma la prima persona che vide i microrganismi in dettaglio fu l’olandese Anthony Van Leeuwenhoek, estraneo agli ambienti scientifici, che nel 1684 (20 anni dopo) costruì il primo rudimentale microscopio (la lente era montata nella piastrina di ottone adiacente alla punta della vite regolabile del fuoco e permetteva di ingrandire fino a 400 volte); egli riuscì a vedere i batteri e riportò le sue osservazioni in una serie di lettere indirizzate alla Royal Society di Londra; le sue osservazioni furono in seguito confermate da altri scienziati ma la comprensione della natura e dell’importanza dei microrganismi procedevano lentamente. Solo nel secolo XIX entrò in uso e si diffuse rapidamente un microscopio più efficiente. Ciò consentì una più accurata osservazione della cellula batterica e quindi la microbiologia si sviluppò come scienza. Un botanico tedesco Cohen cominciò a interessarsi all’uso del microscopio verso il 1850 per studiare lo sviluppo e la divisione di cellule vegetali e successivamente dei cianobatteri; inoltre si appassionò allo studio delle forme batteriche resistenti al calore, che lo portò alla scoperta del genere Bacillus e al processo di formazione delle spore. Egli introdusse inoltre l’uso del cotone per chiudere tubi e fiasche per evitare la contaminazione dei terreni di coltura sterili. Nel secolo XIX una delle controversie maggiori sorse rispetto alla teoria della generazione spontanea asserita da alcuni scienziati che affermavano che i batteri si generavano spontaneamente da materiale non vivente (es. cibo lasciato all’aria andava in putrefazione). Uno degli oppositori a tale teoria fu il chimico francese Luis Pasteur che dimostrò che i microrganismi trovati nel materiale in putrefazione derivavano dalle cellule microbiche presenti nell’aria e che queste erano presenti su tutti gli oggetti. Pasteur dedusse che trattando l’alimento in modo da distruggere ogni organismo vivente si sarebbe potuto ovviare alla putrefazione. Un semplice esperimento di Pasteur con la fiasca a collo di cigno fu risolutore della controversia intorno alla generazione spontanea. L’eliminazione dei batteri o di altri microrganismi presenti in o su un oggetto è un processo detto sterilizzazione. Koch mise a punto una serie di metodi per ottenere microrganismi in coltura pura in modo da isolare solo un tipo di microrganismi per poterlo studiare. Koch osservò che sulla fetta di patata esposta all’aria e successivamente incubata si sviluppavano colonie batteriche con forme e colori caratteristici; ipotizzò che ogni colonia derivasse da una singola cellula batterica che aveva trovato le condizioni nutrizionali per crescere e moltiplicarsi; ogni colonia rappresentava quindi una colonia pura. Nei substrati liquidi non è possibile evidenziare le singole popolazioni ed è necessario utilizzare un substrato solido; Koch fece crescere i microrganismi su terreni di coltura solidi e impiegò come agente solidificante la gelatina addizionata di nutrienti; la gelatina ha diversi svantaggi primo tra tutti diventa liquida con T maggiore di 22 o C. Walter Hesse identificò un’agente solidificante più versatile grazie al suggerimento della moglie che utilizzava l’agar nella preparazione delle confetture di frutta; l’agar è un polisaccaride derivato dalle alghe rosse e rimane solido fino a 48 o C. 7
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