Microbiologia Agraria

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1 CORSO DI LAUREA SCIENZE AGRARIE, FORESTALI E AMBIENTALI (SAFA) Microbiologia Agraria Docente: Prof.ssa Olimpia Pepe (olipepe@unina.it)

2 Obiettivi del corso: Conoscenze di base relative ai microrganismi (struttura, funzione, metabolismo, crescita, moltiplicazione, ecologia)

3 Obiettivi del corso: MICRORGANISMI DEL SUOLO E LORO RUOLO NEL MIGLIORAMENTO E CONSERVAZIONE DELLA FERTILITA DEI TERRENI SUOLO MICRORGANISMI ATTIVITA MICROBICHE PIANTE RESPIRAZIONE ASSIMILAZIONE DISASSIMILAZIONE ACCUMULO EVOLUZIONE E VITA TERRENO PEDOGENESI FERTILITA

4 OBIETTIVI DEL CORSO conoscenze sul ruolo svolto dai microrganismi nella produzione e conservazione di alcuni alimenti fermentati

5 Temi cardine del programma ELEMENTI DI MICROBIOLOGIA GENERALE 1. Cenni di strutturistica microbica 2. La diversità microbica 3. Nutrizione, crescita e cenni di metabolismo microbico. GUIDA ALLO STUDIO: TESTI CONSIGLIATI -APPUNTI DALLE LEZIONI ALTERNATIVI -LEZIONI E-LEARNING ( -MADIGAN ET AL. (BROCK) (2012) - BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI, CASA EDITRICE PEARSON, MILANO -BIAVATI E SORLINI (2008)-MICROBIOLOGIA GENERALE E AGRARIA- VOL. I- CASA EDITRICE AMBROSIANA, MILANO

6 Temi cardine del programma IL SUOLO COME HABITAT PER LA VITA MICROBICA Ø Ruolo dei microrganismi nella formazione del suolo. Ø Caratteristiche fisico-chimiche del suolo che influenzano la crescita e la sopravvivenza dei microrganismi. Ø I Gruppi ecofisiologici dell ecosistema suolo. Ø Definizione di rizosfera e di effetto rizosferico Ø Le interazione pianta, suolo e microrganismi (PGPR e Micorrize) GUIDA ALLO STUDIO TESTI CONSIGLIATI -APPUNTI DELLE LEZIONI IN AULA -LEZIONI E-LEARNING ( -BIAVATI E SORLINI (2008)-MICROBIOLOGIA AGROAMBIENTALE VOL. II- CASA EDITRICE PEARSON, MILANO

7 Temi cardine del programma Microbiologia alimentare l Origine dei microrganismi negli alimenti; l Fattori influenzanti lo sviluppo microbico negli alimenti; l Cenni di Microbiologia del latte e suoi derivati. GUIDA ALLO STUDIO TESTI CONSIGLIATI -APPUNTI DELLE LEZIONI IN AULA -GALLI VOLONTERIO (2005). MICROBIOLOGIA DEGLI ALIMENTI. CASA EDITRICE AMBROSIANA, MILANO.

8 Programma delle esercitazioni 1. Osservazione al microscopio di morfologie microbiche. 2. Colorazioni speciali: la colorazione di Gram. 3. Metodi di conteggio dei microrganismi nel suolo e negli alimenti. 4. Isolamento in coltura pura di microrganismi. 5. Metodi preliminari di identificazione e selezione microbica. 6. Coltivazione e isolamento del genere Rhizobium Appunti sulla Sicurezza nel laboratorio di Microbiologia dal sito WEB di Ateneo

9 Definizione di microbiologia La microbiologia è la scienza che studia gli organismi di dimensioni talmente piccole da essere invisibili ad occhio nudo, e le loro attività. Ha per oggetto la forma, la struttura, la moltiplicazione, la fisiologia, il metabolismo e l identificazione dei microrganismi.

10 Dimensioni dei batteri e dei virus

11 Che cosa sono i microrganismi? ü Questa categoria comprende: virus, batteri, funghi, protozoi ed alcuni tipi di alghe. ü I m i c r o r g a n i s m i n o n s i o r i g i n a n o spontaneamente dalla materia inanimata, ma derivano da altri microrganismi. ü Esistono due tipi fondamentalmente differenti di cellule microbiche: quelle procariotiche e quelle eucariotiche.

12 L importanza dei microrganismi I microbi possono essere: n causa di malattie che colpiscono il regno vegetale ed animale; n utilizzati come biomassa e produttori di farmaci e molecole per uso industriale.

13 L importanza dei microrganismi I microbi possono essere: n necessari per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo; n causa di degradazione degli alimenti; n essenziali per la vita.

14 Un po di storia della microbiologia Generazione spontanea o Biogenesi Fino al XVII secolo si pensava che gli organismi viventi potevano generarsi spontaneamente dalla materia in decomposizione. Antony van Leeuwenhoek ( ) nel 1676 scopre gli animalcules grazie al suo microscopio.

15 Microscopio di van Leeuwenhoek (1684) e di Hooke (1664) Lente Spillo per il campione van Leeuwenhoek (1684) Viti per la messa a fuoco Hooke (1664)

16 Generazione spontanea o Biogenesi Louis Pasteur ( ) effettuò esperimenti utilizzando dei palloni a collo di cigno per demolire la teoria della generazione spontanea

17 Robert Koch nel 1876 introduce il concetto di eziologia dimostrando la relazione fra malattia (carbonchio) e batterio (Bacillus anthracis). Postulati di Koch 1. L agente causale deve essere presente in tutti i casi della malattia di cui è ritenuto responsabile e deve essere invece assente negli individui sani. 2. L agente causale deve essere isolato dall individuo infetto e, posto in coltura, deve dare origine ad una popolazione cellulare omogenea (una sola specie). 3. L inoculo di una coltura pura dell agente causale in individui sani deve dare luogo alla comparsa della malattia di cui si ritiene responsabile. 4. L agente causale deve essere re-isolato dall individuo infettato sperimentalmente. Quindi i postulati di Koch determinano il legame che esiste tra una malattia ed il microrganismo che si sospetta ne sia la causa.

18 I pionieri della microbiologia del suolo (1890) l Il russo Sergej Winogradsky studia i batteri del suolo l Martinus Beijerinck contribuisce allo sviluppo dell ecologia microbica Sviluppano il metodo dell arricchimento e l uso dei terreni selettivi. Scoprono, descrivono e isolano i gruppi ecofisiologici.

19 Sviluppo della microbiologia nel XX e XXI secolo - Beadle &Tatum (1941). Formulano l'ipotesi un gene-un enzima - Avery (1944). Dimostra che il DNA veicola informazioni durante la trasformazione. - Watson & Crick (1953). Propongono la struttura a doppia elica del DNA. - Nirenberg et al. ( ). Spiegano il codice genetico. - Arber & Smith (1970). Scoprono gli enzimi di restrizione. - AA.VV.(1979). Sintesi dell'insulina mediante le tecniche del DNA ricombinante -Mullis (1984). Sviluppa la PCR (reazione a catena della polimerasi) OGGI: OMICS: METAGENOMICS, METABOLOMICS, BIOINFORMATICS

20 Settori della Microbiologia Applicata Virologia Batteriologia Micologia Protozoologia Microbiologia delle acque Microbiologia marina Microbiologia ambientale Microbiologia del suolo Microbiologia industriale Microbiologia mineraria Microbiologia degli ambienti estremi Microbiologia agraria Microbiologia medica Microbiologia veterinaria Microbiologia degli alimenti Microbiologia lattiero-casearia Microbiologia enologica Microbiologia dei prodotti carnei Microbiologia degli insetti Microbiologia sistematica Microbiologia analitica Genetica e Biotecnologia dei microrganismi Louis Pasteur

21 Classificazione dei batteri SISTEMA FILOGENETICO (comparazione del materiale genetico microbico) che utilizza l ANALISI GENETICA e l ANALISI DELLE SEQUENZE come tecnica di classificazione. SISTEMA FENETICO (comparazione dei caratteri fenotipici) TASSONOMIA NUMERICA come tecniche di classificazione.

22 Adattamento del sistema classificativo ai cinque regni I Cinque Regni Regno Caratteristiche* Organismi Monera o Procaryotae Tutti gli organismi con cellula di tipo procariotica Eubatteri Archebatteri Protista Fungi Plantae Animalia Organismi eucarioti unicellulari o che vivono in colonie, ma privi di veri e propri tessuti Organismi eucarioti che si nutrono per assorbimento e spesso sono polinucleati Piante pluricellulari con cellule eucariotiche fornite di parete e con fotosintesi Animali pluricellulari che si nutrono per ingestione Protozoi Lieviti Alghe unicel. Funghi Alghe Piante Animali * Tipo di cellula, Livello di organizzazione cellulare, Tipo di nutrizione

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24 LA COMPOSIZIONE DEL MONDO MICROBICO Cellule Procariotiche presentano una struttura morfologica molto semplice, con un nucleo non separato da alcuna membrana. Le cellule maggiormente rappresentative del gruppo dei Procarioti sono quelle batteriche. Cellule Eucariotiche sono caratterizzati da un nucleo delineato da una membrana che lo separa dal citoplasma, organelli interni (mitocondri, cloroplasti..), complessi di membrane. Comprendono le alghe, i funghi, i protozoi, le piante superiori e gli animali.