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Corso di Microbiologiaintegrato con Igiene
Prof.ssaProf.ssa Stefania ContiStefania ContiDipartimento di Patologia e Medicina di Laboratorio, Sezione di Microbiologia
Viale Gramsci, 14 - 43100 Parmatel.: 0521-988877 o 988885
Fax: 0521-993620e-mail: [email protected]
Ricevimento studentipresso Sezione di Microbiologiaprevio appuntamento telefonico
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Obiettivi del corsoObiettivi del corsofornire le conoscenze fondamentali su:
batteri, miceti, protozoi e virus; interazioni ospite-parassita e meccanismi di induzione delle malattie da infezione; modalità d’azione ed utilizzazione dei principali farmaci antimicrobici ed antivirali; risposta dell’ospite alle infezioni e modalità di prevenzione delle malattie da infezione
Testo consigliatoTesto consigliato• P. Mazza, C. Dacarro. Microbiologia Farmaceutica.
Società Editrice Farmaceutica, Milano.Testi da consultareTesti da consultare
• Hugo-Russell. Microbiologia Farmaceutica. Editrice EMSI, Roma
• M. La Placa. Principi di Microbiologia Medica. Società Editrice Esculapio, Bologna.
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Origine ed evoluzione della Microbiologia
Branca della Biologia che studia i microrganismi
micros (piccolo), bios (vita) e logos (parola)
Microrganismi organismi unicellulari invisibili ad occhio nudo, a
volte organizzati in aggregati pluricellulari senza differenziazione in tessuti od organi
I microrganismi sono coinvolti in importanti cicli della materia, trasformazioni geochimiche e processi
biologici
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Regno dei PROTISTI (Ernst Haeckel, 1866)Protisti inferiori (procarioti)
Batteri e Cianobatteri (alghe blu-verdi)
Protisti superiori (eucarioti)Miceti (Funghi) e Protozoi
Classificazione in Regni degli organismi viventi
• Monera• Funghi• Protisti• Piante• Animali
Ernst H. Haeckel(1834-1919)
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Caratteristiche dei microrganismi
MoneraOrganismi unicellulari procarioti (nucleo primitivo) a riproduzione asessuata, chemiosintetici, autotrofi od eterotrofi (Batteri)
ProtistiOrganismi unicellulari eucarioti (nucleo organizzato) a riproduzione sessuata e/o asessuata, eterotrofi o fototrofi (Protozoi ed alghe)
FunghiOrganismi unicellulari o pluricellulari, senza differenziazione tessutale, a riproduzione sessuata e/o asessuata, eterotrofi (Funghi macroscopici e microscopici)
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I virus• Entità biologiche subcellulari• Parassiti endocellulari obbligati• Possiedono un solo tipo di acido nucleico (DNA o
RNA)• Hanno dimensioni piccolissime (sono filtrabili)• Possiedono un involucro proteico (capside) e, a
volte, un involucro lipoproteico (pericapside o peplos)
• Presentano in superficie strutture proteiche (antirecettori) che si attaccano a specifici recettori della cellula bersaglio
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Storia della Terra ed età dei microrganismiOrigine della vita Aerobi Eucarioti
⇓ ⇓ ⇓Formazione Comparsa dell’ossigeno Mammiferidella Terra nell’atmosfera Dinosauri⇓ ⇓ ⇓
EVOLUZIONE CHIMICA
DELLA TERRA E DELLE FORME
PRE-PROCARIOTE
ETA’ DEI MICRORGANISMI ETA’ DEIMETAZOI
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
L’età dei microrganismi si estese per circa 3 miliardi di anni (microfossilidi cellule procariotiche sono stati ritrovati in depositi risalenti a quel periodo); cellule più semplici devono averli preceduti (4,5 miliardi di anni). Per circa 2 miliardi di anni i microrganismi procarioti hanno rappresentato l’unica forma di vita sulla Terra. I primissimi fossili di eucarioti risalgono a solo un miliardo e 300 milioni di anni fa.
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Principali caratteristiche di eucarioti e procarioti
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Probabile origine degli organismi eucarioti e
procarioti da un progenotacomune
Teoria Teoria endosimbionticaendosimbionticaCloroplasto
batterio endosimbionte fotosintetico
Mitocondriobatterio endosimbionte aerobio
Flagellospirocheta endosimbionte
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• Lucrezio (96?-55 a.C.): “De Rerum natura”- trasmissione delle malattie attraverso "semi"
• Fracastoro (1478-1553): “De contagione”- contagio attraverso “seminaria": nascita dell'Epidemiologia
• Antonie vanLeeuwenhoek(1632-1723)- 1677: osservazione diretta di “animalcules”mediante un microscopio
considerato lo scopritore dei batteri
Evoluzione della Microbiologia
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Evoluzione della Microbiologia• Spallanzani (1729-1799) introduce l’uso dei terreni di
coltura sterili confutando la teoria della generazione spontanea• Hunter dimostra la trasmissibilità di malattie da infezione
(1750)• Jenner introduce la vaccinazione antivaiolosa (1798)• Appert dimostra che è possibile conservare i cibi in
contenitori a chiusura ermetica sottoponendoli a trattamenti termici
• Bassi dimostra sperimentalmente l’eziologia fungina di una malattia (del baco da seta) (1836)
• Lister applica la pratica dell’asepsi in chirurgia, introduce la sterilizzazione degli strumenti chirurgici, la disinfezione degli ambienti e l’uso di materiale da medicazione sterile (1867)
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Louis Pasteur (1822-1895) Robert Koch (1843-1910)
Evoluzione della Microbiologia
• PasteurPasteur dimostra che la fermentazione dell'acido lattico è dovuta a un microrganismo (1857) e confuta definitivamente la teoria della generazione spontanea (con l’ulteriore conferma da parte di Tyndallnel 1877), inoltre sviluppa la pratica della vaccinazione nei confronti di diverse malattie da infezione (1875, vaccinazione antirabbica)
• KochKoch studia il ruolo eziologico dei batteri nelle malattie- 1876: Bacillus anthracis agente del carbonchio- 1882: scoperta del bacillo della tubercolosi- 1884: postulati di Koch - terreni di coltura agarizzati
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Evoluzione della Microbiologia•• PetriPetri (1877) propone l'utilizzazione di terreni in piastre•• GramGram (1884) sviluppa il suo metodo di colorazione dei batteri•• ChamberlandChamberland (1884) inventore dell'autoclave
- allestisce un filtro per batteri scoperta dei virus •• IvanowskyIvanowsky (1892) dimostra l'eziologia virale del mosaico del tabacco
Fine '800 - primi '900: identificazione di molti batteri e virus patogeni
•• AlexanderAlexander FlemingFleming scopre la penicillina (19291929)• scoperta dei sulfamidici (1935)•• BeadleBeadle e TatumTatum (1941): formulano l’ipotesi un gene-un enzima•• AveryAvery (1944) riconosce il DNA depositario dell'informazione genetica•• WatsonWatson e e CrickCrick (1953) propongono la struttura a doppia elica del DNA•• JacobJacob e e MonodMonod (1961) propongono l'operone nella regolazione genica
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Principali agenti eziologici di malattie umane scoperti durante l’ “Età d’oro” della Microbiologia (1879-1900)
MALATTIA
GonorreaMalaria
Febbre tifoidePolmonite
TubercolosiColera
DifteriteTetanoDiarrea
Febbre ondulanteGangrena gassosa
PesteBotulismoDissenteria
AGENTE EZIOLOGICO
Neisseria gonorrhoeaePlasmodium
Salmonella typhiStreptococcus pneumoniaeMycobacterium tuberculosis
Vibrio choleraeCorynebacterium diphteriae
Clostridium tetaniEscherichia coli
BrucellaClostridium perfringens
Yersinia pestisClostridium botulinumShigella dysenteriae
SCOPRITORE
A. NeisserC. Liveran; R. Ross
K. EberthL. Pasteur, G. Sternberg
R. KochR. Koch
E. Klebs, F. LoefflerA. NicolaierT. Escherich
D. BruceW. Welch, G.H. NuttalS. Kitasato, A. Yersin
E. ErmengemK. Shiga
DATA
18791880188018811882188318831884188518871892189418961898
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Campi di interesse e settori della Microbiologia
Microbiologia Microbiologia Microbiologiamedica agraria farmaceutica
ed industriale
Microbiologiaambientale
Genetica dei Biologia molecolare microrganismi (DNA ricombinante)
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Microbiologia Medica
• Immunologia• Igiene• Patologia Generale• Infettivologia• Farmacologia• Qualsiasi disciplina
medica o chirurgica che presenti problemi correlati alle infezioni
• Batteriologia• Micologia• Parassitologia• Virologia
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Dimensioni relative di
microrganismi e virus
lunghezzaSaprosphira 500 µm Batterio
Ameba gigante 1 mm Protozoo
Paramecium 300 µm Protozoo
Chlamydomonas 25 µm Alga
Plasmodio malaria 15 µm Protozoo
Lievito (S.cerevisiae) 10 µm Fungo
Treponema pallidum 10 µm Batterio
Escherichia coli 3 µm Batterio
Mycoplasma 0,2 µm Batterio
nanometri
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Limiti di risoluzione dei microscopi
Le dimensioni sono indicate su una scala logaritmica (ciascuna divisione maggiore equivale a un cambiamento di dimensioni pari a dieci volte).A destra della scala sono riportate le dimensioni approssimative delle cellule, dei batteri, dei virus, delle molecole e degli atomi.
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Principali caratteristiche dei vari tipi di microscopi
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Microscopio ottico in campo chiaro (binoculare)
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Microscopio a fluorescenza
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Microscopio elettronico a trasmissione
Il generatore del fascio di elettroni è situato all’estremità superiore della colonna centrale, mentre le lenti elettomagnetriche sono all’interno della colonna. L’immagine proiettata sullo schermo fluorescente può essere osservata attraverso un amplificatore di immagine posizionato sopra l’apertura per l’osservazione. La fotocamera è collocata in un compartimento al di sotto dello schermo.
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Aspetti morfologici dei procariotiforma e disposizione delle cellule
dimensioni: da 0,1-0,2 a diversi micron
Batteri osservati al microscopio elettronico a scansione
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Osservazione microscopicaOsservazione "a fresco":
possibile con ingrandimenti non superiori a 400×Coloranti
sostanze organiche con un gruppo cromoforole cellule batteriche devono essere uccise ("fissate")
- Coloranti acidi o anionici (es. eosina, fucsina acida) Affinità per strutture cellulari cariche positivamente
- Coloranti basici o cationici (es. blu di metilene, cristalvioletto)Affinità per strutture cellulari cariche negativamente
- Coloranti fluorescenti (es. arancio di acridina, fluoresceina)Si intercalano al DNA (osservazione con raggi UV)
Mordenzanti(es. acido fenico, soluzione iodio-iodurata di Lugol)
facilitano la fissazione del colorante
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ColorazioniColorazioni semplici
un solo colorante (es. blu di metilene)
Colorazioni complesse differenzialidiversi coloranti
differenziano batteri diversi o strutture battericheGram
Ziehl-Neelsen
Colorazioni negativecellule vive, colorante di fondo (es. inchiostro di china)
Colorazioni con metalli pesanti (es. sali di Osmio, M.E.)
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Colorazioni sempliciBatteri: aspetti microscopici
Blu di metilenestriscio di feci con granulociti
e Campylobacter
Blu di metileneCorynebacterium xerosis
immunofluorescenza indiretta - Ab marcato con fluoresceina
(Clostridium septicum)- Ab marcato con rodamina
(C. chauvoei)
Blu di metileneStafilococchi
fluorescenza diretta(fluoresceina, rodamina,
auramina) M. tuberculosis
arancio di acridina(bastoncino)
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Colorazioni negativeBatteri: aspetti microscopici
nigrosinaE. coli
nigrosinaC. tetani
inchiostro di chinabatterio capsulato
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La colorazione di Gram
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Colorazioni complesseBatteri: aspetti microscopici
↓
colorazione metacromaticaCorinebatteri
(granuli volutina)
impregnazioneargentica
Spirochete (spire e uncini
terminali)
Ziehl-NeelsenMycobacterium
tuberculosis(escreato)