F. Microrganismi. Biologia di base di batteri, cianobatteri,funghi, licheni e alghe

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1 F. Microrganismi Biologia di base di batteri, cianobatteri,funghi, licheni e alghe

2 INTRODUZIONE ALLA MICROBIOLOGIA applicata al biodeterioramento

3 Verrano forniti dettagli su: Batteri, inclusi gli Attinomiceti Funghi, inclusi i lieviti Cianobatteri (batteri blu-verdi) Alghe Licheni

4 Microorganismi I microrganismi sono definiti dalle loro dimensioni - è necessario un microscopio per vederli Ci sono vari tipi di microrganismi. I principali coinvolti nel biodeterioramento sono funghi, alghe e batteri.

5 Dimensioni Per definizione i microorganismi sono molto piccoli. Per definizione i microorganismi sono molto piccoli. Per definizione i microorganismi sono molto piccoli. Per definizione i microorganismi sono molto piccoli. Per definizione i microorganismi sono molto piccoli.

6 Dimensioni Un atomo misura 3/ mm Un tipico batterio è 1/1000 mm - un micrometro (mm) Una microalga può essere 1/100 mm

7 Se un atomo avesse le dimensioni di un'arancia, un batterio potrebbe essere alto come il Pan di Zucchero a Rio de Janeiro

8 I batteri possono essere sferici o di forma allungata, con dimensioni di 1 µm (1/1000mm) o più

9 Batteri Alcuni batteri sono filamentosi. I più conosciuti sono gli attinomiceti, che sono i microrganismi responsabili dell odore tipico di terra bagnata Un attinomicete associato con un batterio filamentoso fotosintetico

10 Funghi e alghe possono essere uni o pluricellulari.

11 Lieviti I lieviti sono funghi unicellulari che, in talune condizioni, possono divenire filamentosi. 10m Cellula di lievito su una superficie colorata

12 Funghi a filamento semplice ed anche alghe possono unirsi e formare strutture complesse, come queste

13 I principali microorganismi deteriogeni dei libri sono funghi filamentosi

14 Funghi sono anche comuni dentro edifici umidi Corpo fruttifero fungino dietro un quadro

15 Alcuni funghi producono spore che vengono facilmente disperse, come i semi delle piante, che possono resistere alla siccità Spore sul corpo fruttifero del fungo Cladosporium

16 Spore e cisti Si tratta di strutture particolari con pareti spesse che permettono la sopravvivenza. Consentono di resistere alla siccità, alle radiazioni naturali e agli attacchi chimici. Le cisti sono prodotte da alcuni funghi e alghe, oltre che da protozoi. Cisti di un Protozoo

17 Spore Sono prodotte da funghi e alcuni batteri. Quando germinano producono organismi identici agli originali (spore asessuali). Nei funghi le spore possono essere prodotte per riproduzione sessuata consentendo il mantenimento di una certa variabilità genetica. Diversi tipi di spore vengono chiamate con molti nomi

18 Una ifa fungina (filamento), una ciste protozoale e 4 spore fungine sulla superficie di un vetrino

19 Condizioni di crescita...

20 Tutti gli organismi necessitano di acqua per crescere e svilupparsi

21 Non è necessaria una pioggia continua ma basta un umidità relativa elevata come quella che si trova in vicinanza degli alberi Alcuni funghi crescono ad una bassa umidità relativa - 65% o anche meno

22 I Batteri generalmente richiedono un umidità relativa più elevata dei funghi

23 I microrganismi fotosintetici hanno bisogno di luce per crescere, non come i funghi e la maggioranza dei batteri

24 Microorganismi fotosintetici sono: Alghe Batteri Blu-verdi (cianobatteri) Alcuni altri batteri Insieme con i funghi, questi sono i maggiori organismi biodeteriogeni sulle superfici esterne degli edifici

25 Alghe e cianobatteri Usano luce solare come fonte di energia Usano CO 2 dell aria come fonte di carbonio Crescono con nessun altra fonte energetica (cibo) e possono proliferare su rocce, metalli, plastica ed altri materiali, in presenza di ACQUA

26 Alghe e cianobatteri crescono facilmente in confronto ad alcuni batteri e funghi, ma i funghi ed alcuni batteri hanno bisogno di materiali organici ed i fotosintetici hanno dei vantaggi in alcune condizioni

27 Alghe Sono microorganisms eucariotici le cellule hanno un nucleo definito che contiene il materiale genetico (DNA). I procarioti (batteri) hanno invece il DNA non confinato da una membrana nucleare

28 Alghe Il pigmento fotosintetico (clorofilla) si trova in strutture specifiche - i cloroplasti Per questo motivo differiscono da cianobatteri ed altri batteri fotosintetici

29 Alghe Possono essere classificate in: verdi gialle rosse brune (Ma non è detto che abbiano questi colori!)

30 Un alga verde (Trentepohlia)

31 Un alga gialla

32 Un alga rossa

33 Cianobatteri Sono organismi procariotici le cellule non hanno nuclei ben definiti Sono anch essi di vari colori verdi, bruni, blu-verdi, rossi, rosa, viola, gialli ecc...

34 Un cianobatterio filamentoso (Calothrix)

35 Cianobatteri di vari tipi filamentosi e coccoidi

36 Cianobatteri coccoidi misti

37 Cianobatteri coccoidi misti

38 Cianobatteri Sono molto resistenti alle condizioni avverse, come alti livelli di luce ultravioletta e siccità Essi sopravvivono bene negli ambienti secchi esposti all aria come sulle pareti esterne degli edifici

39 Licheni (funghi lichenizzati) Un lichene è una simbiosi tra un fungo e una o due alghe o cianobatteri

40 Licheni Il fungo nella simbiosi fornisce carbonio organico al partner fototropico e può fornire azoto organico ad alcuni cianobatteri Il fototropo può fornire protezione dal disseccamento e dalla luce in eccesso e, probabilmente, fornisce acqua e minerali al fungo

41 Alghe e alcuni funghi membri della simbiosi possono vivere indipendentemente I licheni possono vivere in condizioni avverse, con scarsità di nutrienti e diseccamenti frequenti, come su rocce e pietre

42 I Licheni si possono dividere in tre tipi: Crostosi aderiscono in modo stretto al substrato Fogliosi aderiscono in modo meno stretto Frutticosi formano una specie di rametti

43 Licheni crostosi in crescita su legno

44 Licheni crescono sulla plastica dei fanali di questa auto in U.K.!

45 ..altri licheni su un automobile Sempre su superfici plastiche. Porton, Wilts, UK.

46 Licheni Licheni crostosi penetrano nelle superfici delle pietre aderendo in modo molto stretto

47 Licheni Se vengono staccati e/o rimossi sottili frammenti di pietra vengono rimossi con essi, incrementando il degrado delle pietre Licheni fogliosi

48 Licheni Possono resistere a condizioni estreme e possono restarein condizioni di siccità per mesi. Crescono in modo estremamente veloce da 1mm a 3cm in diametro per anno. Usano i minerali essenziali in modo veramente efficiente. Sono svantaggiati in ambienti inquinati, dove i tossici presenti possono inibire la loro crescita

49 Nutrienti (cibo) I funghi e molti batteri richiedono sostanze organiche Alghe ed altri fototropi producono i loro materiali organici complessi a partire da sstanze inorganiche, utilizzando l energia solare.

50 La quantità di nutrienti richiesti per l inizio della crescita microbica è piccola. Può non essere comprensibile la quantità.

51 I materiali organici atmosferici possono produrre sottili depositi che sono sufficienti per sostenere una visibile crescita microbica su superfici inorganiche come vetro o metalli Vi prego di osservare cosa succede sulle finestre di casa vostra!

52 Molti componenti di materiali in musei e biblioteche sono ricche fonti di nutrienti ad esempio cellulosa, colori, adesivi, pelle, legno. Un soffitto di legno dipinto in una chiesa

53 I batteri ed i funghi secernono ENZIMI, molecole catalitiche che degradano i materiali (ad esempio cellulosa e proteine). (Parleremo anche di Enzimi nel prossimo modulo) Un libro che contiene carta (cellulosa) e pelle (proteine).

54 Nutrizione I nutrienti prodotti dall azione degli enzimi possono essere assorbiti dai microorganismi e usati come energia e/o fonti di carbonio per produrre nuove cellule

55 Questi enzimei causano danni ai materiali organici materials di biblioteche e musei

56 ENZIMI Continuano ad agire anche dopo che il microorganismo è morto o rimosso Enzimi liberi possono essere un grande problema in sistemi liquidi

57 ph aciditàe alcalinità I microorganismi sono tolleranti ad elevate variazioni di ph, ma molti preferiscono la neutralità.

58 In generale... Funghi preferiscono condizioni acide. Batteri preferiscono condizioni alcaline. Ma ci sono molte eccezioni!

59 Temperatura Molti microorganismi crescono bene a temperature medie (da 15 o C a 35 o C)

60 Alcuni microorganismi crescono sotto gli 0 o C. Altri a 70 o C o più

61 Il freddo inibisce la crescita microbica ma non li uccide Si usa infatti (grazie a crioprotettivi) per preservare microorganismi vivi.

62 La neve rossa dell Antatide è prodotta da una crescita di alghe verdi (Chlamydomonas)

63 Il responsabile è questo

64 Riproduzione I Microorganismi usano molti metodi. Alcuni semplicemente si dividono a metà o in frammenti e così crescono

65 Altri si riproducono sessualmente In questo esempio un tubo permette al DNA di incrociarsi tra due funghi

66 Nei suoli e per la decomposizione di piante ed animali vi sono molti microorganismi. Crescita di fungi (area marrone di spore) su un uccello morto.

67 L aria contiene un gran numero di microorganismi, liberi o contenuti e trasportati da goccioline di acqua. Essi possono crescere e svilupparsi a condizioni idonee

68 I microorganismi sono ovunque. Non vi sono luoghi senza popolazioni microbiache CD-ROM cascata aria Nello spazio???

69 I microorganismi attaccano anche le fonti di informazione! Filamenti fungini su un CD-ROM

70 Colonie di Funghi su un CD

71 Biofilm Quando i microorganismi attaccano e crescono su una superficie formano un BIOFILM un complesso strato superficiale di cellule e di materiali prodotti dalle cellule. Una miscela di organismi che sporca la superficie ed è in stretto contatto con la superficie e può interagire fortemente con essa determinandone la degradazione. I Biofilm possono essere terrestri o acquatici. I Biofilms sono difficili da trattare.

72 Alcuni esempi di Biofilm terrestri, in ambienti caldi (Marocco) in presenza di sostanza organica (guano di cicogne)

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74 Altri esempi

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76 Le Mura di Ferrara Realizzate tra il VI e il XVII secolo Circondano la città per circa 9 km

77 Studi svolti sulle mura Anni 80/ 90 o Composizione delle malte o Identificazione delle specie vegetative o Diserbo - Glyphosate - Diuron

78 Studi svolti sulle mura Anno 2012 Indagine sugli agenti biodeteriogeni presenti sul fronte nord o Muschi o Verrucaria nigrescens o Caloplaca flavescens o Biofilm algali o Piante superiori

79 Obiettivi Sperimentazione di: Natria Bactercline Blast

80 Modalità di sperimentazione Trattamento di prova Trattamento in situ Tecnica di applicazione - Di prova - In situ Pennello Spray Dosaggio - Natria: 18 ml/ m 2 - Bactercline Blast: 125 ml/ m 2

81 Stato di conservazione delle murature Di prova - Muschi In situ - Dissesti strutturali - Muschi e biofilm algali - Licheni - Piante

82 Effetti rilevati Natria - Produce patine bianche - Visibili solo in assenza di microorganismi - Dilavabili

83 Effetti evidenti Natria - Diminuzione dell attacco biologico - Essiccazione dei muschi - Viraggio di colore dei biofilm algali - Essiccazione piante Bactercline Blast - Maggiormente aggressivo a - pennello Viraggio di colore dei licheni

84 Effetti su muschi Natria - Essicazione degli apparati fogliari - Perdita di consistenza - Consistenza non compatta e facilmente disgregabile - Scarsa adesione al substrato - Rizine sfibrate e decoese Bactercline Blast - Aumento degli effetti descritti

85 Effetti su licheni Natria - Presenza di residui su incrostazioni licheniche Bactercline Blast - Depigmentazione - Degenerazione delle strutture - Verrucaria nigrescens - Caloplaca flavescens

86 Effetti su patine algali Natria - Residui di patine bianche facilmente asportabili dopo il trattamento - Decoesione del tallo vegetativo Bactercline Blast - Efficace sulle patine non facilmente raggiungibili - Efficace su spore

87 Conclusione La microbiologia è una scienza complessa. Non ci si aspetta che in uno staff di un museo o di una biblioteca siano esperti. L Interazioni con i microbiologi è essenziale. Basta chiamarli quendo è necessario!!!

88 Chaetomium globosum produce periteci con aschi ed ascospore. Chaetomium è un comunen fungo su materiali cellulosici