Batteri

I batteri, o eubatteri (al singolare, rispettivamente, batterio ed eubatterio) sono un regno vivente di organismi monocellulari che fanno parte del dominio dei procarioti. Tutti i batteri, dunque, sono formati da una sola cellula anche se, tra loro, è sovente una organizzazione molto articolata, ad esempio in vere e proprie comunità capaci di interagire tra loro e segnalare, attraverso la produzione di messaggeri chimici (del tutto simili a ormoni), qualsiasi evento che possa interessare la comunità batterica stessa.

L'interazione dei batteri con gli organismi ospiti dipende, in larga misura, dal tipo di batterio e della condizione dell'ospite. Alcuni batteri operano in simbiosi con l'organismo ospite, mentre altri hanno differenti tipi di rapporti. Tra questi, i cosiddetti batteri patogeni sono i microrganismi responsabili di molte malattie. Alcuni batteri, se non immediatamente curati, possono condurre il soggetto a infezioni, a setticemia e perfino alla morte.

Le caratteristiche principali dei batteri sono definite nella loro dimensione, velocità di replicazione e semplicità cellulare. Tuttavia, alcuni batteri possono operare particolari strategie che sono del tutte esclusive. Ad, esempio, alcuni batteri possono creare delle spore batteriche utili per la loro riproduzione, altri batteri hanno una maggiore o minore resistenza ad agenti fisici, chimici ed ai farmaci. In linea generale, tutto il mondo dei procarioti è molto vasto ed articolato. Per questo motivo, anche i batteri risultano essere molto diversi tra loro.

Classificazione

Il criterio morfologico è quello più utilizzato per la classificazione dei batteri. In base alla dimensione, ed alla forma, si diversificano diversi gruppi classificabili osservando gli aspetti morfologici. Un altro criterio utilizzato per la classificazione è rappresentato dal grado di resistenza al calore. Infine, anche in base al rapporto con l'ospite, i batteri possono essere catalogati secondo la potenziale o la reale capacità di provocare in esso patologie o alterazioni dello stato di salute.

Classificazione dei batteri
Schema di classificazione dei batteri.

Morfologia

L'aspetto morfologico dei batteri permette la classificazione in diversi gruppi. Ciascun gruppo, a sua volta, può essere classificato in ulteriori sottogruppi.

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Morfologia Gruppo Descrizione
Morfologia del cocco
Cocco
Cocchi Batteri a forma sferica. Possono trovarsi in complessi regolari, formati da più batteri aggregati tra loro. Gli pneumococchi ed i meningococchi, ad esempio, sono arrangiati a coppie, i micrococchi sono arrangiati in tetradi, gli streptococchi in catene corte e gli stafilococchi in gruppi.
Bacillo
Bacillo
Bacilli Batteri fusiformi, con il corpo cilindriforme. Alcuni esempi di batteri bacilliformi sono rappresentati dal batterio responsabile dell'antrace] (Bacillus anthracis) e della listeriosi (Listeria monocitogenesis).
Coccobacilli
Coccobacillo
Coccobacilli Batteri con forma regolare, geoidale, con il corpo sferico che si estrude in modo simmetrico. Un esempio è dato dal batterio responsabile della vaginosi (Gardnerella vaginalis)
Spirochete
Spirochete
Spirochete Batteri il cui corpo si avvolge a spirale. Fanno parte delle spirochete i batteri che causano la leptospirosi, della malattia di Lyme e della sifilide.
Vibrione
Vibrione
Vibrioni Corpo irregolare, normalmente ripiegato ad angolo. Il colora è causato da un vibrione, il Vibrio cholerae.
Spirilli
Spirillo
Spirilli Corpo regolare, con involuzioni alternate.

Struttura della cellula batterica

I batteri, come tutti i procarioti, possiedono una struttura cellulare molto semplice, ad eccezione per quanto riguarda la membrana che delimita la cellula stessa dall'esterno che, negli eucarioti è definita membrana cellulare. L'interno di una cellula batterica presenta le poche strutture necessarie per il mantenimento vitale attreverso il metabolismo e per la riproduzione.

Membrana cellulare

La membrana cellulare è tipica e caratteristica di ciascun ceppo batterico e, in altre parole, è molto diversa sia come struttura sia come funzione. Il ruolo della membrana cellulare batterica è essenzialmente di separazione del citoplasma, e dunque del materiale genetico presente all'interno, e di protezione dall'ambiente fisico e chimico nel quale il batterio vive e transita. La resistenza dei batteri e la relativa facilità di adattarsi a stati chimici e fisici differenti, deriva direttamente dalla presenza della membrana; ad esempio, alcuni batteri sono molto resistenti alla pressione osmotica poiché la struttura della membrana cellulare è tale da compensare la differenza di soluti tra il citoplasma e l'ambiente extracellulare.

Membrana e parete batterica di un batterio gram negativo
Involucro batterico di un batterio gram negativo, formata da due membrane (esterne e interne) e uno strato intermedio di peptidoglicano.

Struttura

La membrana cellulare batterica è formata da fosfolipidi e proteine; i rapporti tra le due classi biologiche, in genere, sono a favore delle proteine che occupano oltre la metà della massa molecolare della membrana. Gli steroli sono assenti, ad eccezione della membrana cellulare dei micoplasmi che, invece, li possiede. Inoltre, alcuni batteri sono capaci di rilevare l'entrata di molecole estranee e potenzialmente pericolose, come ad esempio un antibiotico e traslocarle all'esterno attraverso le pompe di efflusso.

La presenza di chemorecettori, situati all'esterno della membrana cellulare, rende possibile il fenomeno della chemiotassi, attraverso il quale un batterio è capace di rilevare la concentrazione di una sostanza, ad esempio un nutriente e seguire il gradiente di concentrazione attivando sistemi di motilità.

Funzione

La funzione della membrana cellulare batterica è quella di mediare l'interscambio di molecole, dall'interno del citoplasma verso l'esterno e viceversa, di operare il ciclo di Krebs, e di garantire la stabilità meccanica della cellula batterica.

Parete batterica

La presenza di una parete cellulare, è una caratteristica dei batteri, fatta eccezione per i micoplasmi che, invece, non la possiedono. La parete batterica, più o meno spessa, garantisce la rigidità e la resistenza della cellula batterica che può sopportare elevati livelli di pressione osmotica. Il principale costituente della parete cellulare è il peptidoglicano che è, alternativamente, chiamato come mureina, mucopeptide, o peptoglicano.

Strutturalmente, il peptidoglicano è una complessa rete di N-acetilglucosamina che contrae un legame di tipo β1→4 e forma una struttura tridimensionale molto ramificata. La quantità di peptidoglicano presnete e, in genere, la struttura e lo spessore della parete batterica è il sistema principale di classificazione dei batteri che, in base alla risposta ad un particolare tipo di colorazione (definita colorazione di Gram, in onore allo scopritore) classifica due insiemi di batteri: i Gram positivi (G+) e i Gram negativi (G-). Nei batteri Gram negativi, la parate batterica è più spessa.

Nei batteri Gram positivi la parete cellulare è spessa dai 15 agli 80nm. Nei gram negativi è spessa soltanto 2-3nm. La presenza più marcata di parete batterica, nei Gram positivi, comporta una maggiore presenza di peptidoglicano che, invece, è quasi assente nei batteri Gram negativi.

Citoplasma

All'interno del citoplasma batterico, formato per la maggior parte da acqua, si trovano tutte le strutture endocellulari che permettono alla cellula di sopravvivere, compiere le reazioni metaboliche e riprodursi. A differenza di quanto osservabile negli ecuarioti, i procarioti - batteri compresi - non possiedono né un citoscheletro né un reticolo endoplasmatico né un nucleo ben definito. L'informazione genetica, per questo motivo, è presente sotto forma di DNA compatto e disciolto nel citoplasma.

Nucleoide

Nei batteri non esiste un vero e proprio nucleo, caratterizzato dalla presenza del materiale genetico organizzato all'interno di una struttura membranosa che negli eucarioti, prende il nome di involucro nucleare. La struttura che contiene il DNA prende il nome di nucleoide e, nella maggior parte dei batteri, è osservabile attraverso il microscopio ottico e la colorazione di Feulgen, mediante la quale si risaltano gli acidi nucleici.

Il cromosoma batterico è, solitamente, presente in forma circolare anche se in alcuni batteri i cromosomi si presentano in forma lineare. Ciascun nucleolo contiene un cromosoma e, di conseguenza, batteri policromosomici contengono più nucleoli.

Capsula

Alcuni batteri sono provvisti di un rivestimento esterno chiamato capsula batterica o esocapsula formata perlopiù da polisaccaridi. La capsula è formata da tre strati:

  • Strato S.
  • Capsula propriamente detta.
  • Strato mucoso.

Le funzioni della capsula sono protettive, di adesione al substrato e di virulenza. La presenza di un gel altamente idrofilo permette al batterio di resistere alla disidratazione. Al tempo stesso, la capsula permette al batterio di aderire al substrato, ad esempio ad un tessuto. Infine, la presenza di molti zuccheri possono determinare una reazione immunitaria di tipo aspecifico.

Riproduzione

La riproduzione dei batteri avviene per mitosi, per sporulazione oppure per coniugazione. La velocità di riproduzione, e di conseguenza la curva di crescita batterica, dipende in larga misura dalla presenza di nutrienti disponibili nell'ambiente o nel terreno di coltura.

Sporulazione

La sporulazione è un processo attraverso il quale alcuni batteri, definiti batteri sporigeni, formano delle spore vitali che possono entrare in quiescenza per un tempo molto lungo e in condizioni normalmente proibitive. Le spore batteriche, in alcuni casi, possono essere tossiche. Ad esempio le spore del Clostridium tetani provocano una paralisi muscolare conosciuta con il termine di tetano. 

Movimento

Alcuni batteri sono capaci di muoversi, specialmente nel mezzo liquido, attraverso delle strutture mobili chiamate flagelli. I flagelli batterici sfruttano un sistema che, mediante il gradiente protonico che si riversa nella membrana, converte l'energia chimica in energia cinetica. La presenza, e la disposizione, dei flagelli serve come chiave per la classificazione della specie procariotica.

La principale proteina che forma i flagelli batterici è la flagellina.

Movimento flagellato nei batteri
I batteri, attraverso i loro flagelli, possono muoversi sfruttando un motore che, a sua volta, utilizza il gradiente protonico per trasformare l'energia chimica potenziale in energia cinetica.

Metabolismo dei batteri

I batteri non presentano mitocondri che, nelle cellule eucariotiche, rappresentano gli organuli di biosintesi di energia sotto forma di ATP. Nonostante questa mancanza, il percorso di biosintesi di energia - conosciuto come catabolismo - avviene attraverso numerose vie. Tutte le cellule viventi, procarioti e batteri compresi, operano la glicolisi, una vita metabolica attraverso la quale il glucosio è sequenzialmente ossidato fino alla produzione di piruvato. Nei batteri, nonostante la mancanza del mitocondrio, gli enzimi necessari per le reazioni del ciclo di Krebs sono presenti nel citoplasma e il gradientre protonico è instaurato nella membrana plasmatica.

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