Corso di Laurea in Viticoltura ed enologia MICROBIOLOGIA GENERALE (6 crediti) prof. Simone Guglielmetti Anno Accademico 20016/2017 CALENDARIO DELLE LEZIONI ANNO ACCADEMICO 2015/16 Orario Aula Ore di lezione Giov 29-set 14:30 3 2 Ven 30-set 11:30 3 2 Giov 06-ott 15:30 3 2 Ven 07-ott 11:30 3 2 Giov 13-ott 15:30 3 2 Ven 14-ott 11:30 3 2 Mar 18-ott 08:30 TURNO 1 (presso Laboratori didattici) Giov 20-ott 15:30 3 2 Ven 21-ott 11:30 3 2 Mar 25-ott 08:30 TURNO 1 (presso Laboratori didattici) Giov 27-ott Non c'è lezione Ven 28-ott 11:30 3 2 Giov 03-nov 15:30 3 2 Ven 04-nov 11:30 3 2 Mar 08-nov 08:30 TURNO 1 (presso Laboratori didattici) Giov 10-nov 15:30 3 2 Ven 11-nov 11:30 3 2 Mer 16-nov 08:30 3 2 Giov 17-nov 15:30 3 2 Ven 18-nov 11:30 3 2 Giov 24-nov 13:30 3 PROVA IN ITINERE Mar 29-nov 08:30 TURNO 1 (presso Laboratori didattici) Giov 01-dic 15:30 3 2 Ven 02-dic 11:30 3 2 Mar 13-nov 08:30 TURNO 1 (presso Laboratori didattici) Giov 15-dic 15:30 3 2 Ven 16-dic 11:30 3 2 Mar 20-dic 08:30 TURNO 1 (presso Laboratori didattici) Gennaio: seconda prova in itinere (DA DEFINIRE) primo semestre a.a. 2016/17:26 settembre 2016-20 gennaio 2017 Periodo di sospensione per appelli d'esame e prove in itinere: 21-25 novembre 2016 CORREZIONE: LA LEZIONE SARÀ SVOLTA REGOLARMENTE (dalle 15:30) Eventuali cambiamenti al calendario delle lezioni/esercitazioni (per imprevisti) saranno segnalati il prima possibile alla pagina web http://users.unimi.it/sguglie/wp/ e in bacheda del Corso di Laurea (http://www.agraria.unimi.it/cdl/bache ca.php?cdl=g25) 2
- Il corso prevede lo svolgimento di attività di laboratorio (per partecipare alle esercitazioni è necessario iscriversi a lezione entro il 9 ottobre) - Ci si può iscrivere da oggi ad uno dei due turni previsti: PRIMO TURNO: 18 ottobre, 25 ottobre e 8 novembre SECONDO TURNO: 29 novembre, 13 dicembre e 20 dicembre Le esercitazioni saranno il martedì mattina, dalle ore 8:30 alle ore 12:00 circa. Ogni lezione di questo corso prevede 2 ore accademiche (45 min di lezione frontale ciascuna, ovvero 90 min) MERCOLEDÌ: Inizio ore 8:30 termine della lezione alle ore 10:00 (senza pausa) GIOVEDÌ: Inizio ore 15:30 termine della lezione alle ore 17:00 (senza pausa) VENERDÌ: Inizio ore 11:30 termine della lezione alle ore 13:00 (senza pausa) SI RICHIEDE PUNTUALITÀ 3 Chi segue potrà sostenere l esame di Microbiologia Generale attraverso due «prove in itinere» che saranno il giorno giovedì 24 novembre (aula 3, ore 13:30) e a inizio gennaio (aula e orario da definire) (l iscrizione avverrà a lezione) Ci saranno poi tre appelli d esame tra fine gennaio e inizio febbraio. I successivi appelli saranno a giugno/luglio. L iscrizione agli appelli dovrà avvenire obbligatoriamente attraverso SIFA L esame, sia per le prove in itinere sia per gli appelli, sarà SCRITTO (solo chi ha frequentato le lezioni può chiedere di sostenere l esame ORALE) 4
Informazioni generali sul corso Il materiale mostrato a lezione sarà disponibile on line al sito: http://users.unimi.it/sguglie/wp/ Al momento è già disponibile il materiale dell'anno accademico 2015/2016 Il materiale dell'anno 2016/2017, invece, verrà reso disponibile volta per volta, dopo ogni lezione Il materiale di quest anno può essere differente, in alcune parti, rispetto a quello dello scorso anno PER CHI NON SEGUE: è fondamentale procurarsi gli appunti di un collega studente. Consiglio inoltre di parlare con un collega studente che ha seguito il mio corso e superato il mio esame prima di iscriversi e sostenere l esame - Testi principali di riferimento: MADIGAN M.T., MARTINKO J.M., STAHL D.A., CLARK D.P. BROCK. BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI 1. Microbiologia generale Pearson Editore SCHAECHTER M., INGRAHAM J.L., NEIDHARDT F.C. MICROBIOLOGIA Zanichelli Editore Suggerisco di ricorrere al testo esclusivamente quando un argomento trattato nelle slide non vi è chiaro 5 Il mondo dei microrganismi MICROBIOLOGIA (mikrós, piccolo; bíos, vita; lógos, discorso): branca della biologia che studia gli esseri viventi le cui dimensioni sono dell ordine di grandezza dei micrometri (10-6 m). La microbiologia è una disciplina giovane - Metà del XVII secolo: prime osservazioni di Antonie van Leeuwenhoek - Metà del XIX secolo: Luis Pasteur pone fine alla disputa sulla generazione spontanea - Fino al 1940 circa, la microbiologia è prevalentemente rivolta allo studio degli agenti patogeni Il microscopio di van Leewenhoek - Dagli anni 50 si sviluppano le industrie biotecnologiche, cioè l industria che si avvale dei microrganismi come fossero «minilaboratori» di produzione 6
Antonie van Leewenhoek Carlo Linneo Louis Pasteur Hans Joachim Christian Gram 7 I microrganismi (MO) sono indispensabili per la vita I MO sono responsabili dei cicli della materia (Carbonio, Azoto, Fosforo, Zolfo) BATTERI FUNGHI Azoto organico (proteine, peptidi, DNA) BATTERI SAPROFITI (PROTEOLITICI) (Clostridium, Bacillus, Pseudomonas) Azoto inorganico (NH 4+ ) Materia organica (amido, cellulosa, pectina, lignina ) CO 2 ORGANISMI FOTOSINTETICI Assimilazione da parte delle piante NO - 2 NO - 3 MO fissatori dell N 2 (azotofissatori):azotobacter, Rhizobium I MO occupano un posto centrale nella catena alimentare - costituiscono il plancton: alghe (fitoplancton) e protozoi (zooplancton) - i MO autotrofi producono materia organica da quella inorganica I MO associati at tratto intestinale dell uomo (il microbiota intestinale) e di molti animali sono indispensabili per la sopravvivenza del loro ospite - Dirigono lo sviluppo del sistema immunitario, producono vitamine, proteggono dai patogeni, etc. 8
La classificazione dei viventi Classificazione dei 5 regni (Whittaker, 1978) Eucarioti pluricellulari Eucarioti unicellulari (LIEVITI) e pluricellulari (MUFFE e FUNGHI) Eucarioti pluricellulari Eucarioti unicellulari ALGHE e PROTOZOOI Procarioti unicellulari BATTERI, ARCHEOBATTERI e CIANOBATTERI (alghe azzurre) 9 Classificazione a 3 domini (imperi) e 6 regni (prevalente negli USA) PROCARIOTI EUKARYA ARKAEA BACTERIA DOMINIO REGNO 10
Cellula procariotica ed eucariotica Cellula eucariotica citoplasma organizzato per la presenza di strutture quali il citoscheletro, il reticolo endoplasmatico, l apparato del Golgi, organuli (mitocondri, ribosomi, lisosomi, cloroplasti) Cellula procariotica citoplasma come gel semifluido, privo di strutture ed organuli, in cui vi sono dispersi i ribosomi La differenza principale consiste nell assenza di un nucleo nelle cellule procariotiche (pro, prima; kárion, nucleo) 11 La cellula procariota al microscopio elettronico PARETE RIBOSOMI NUCLEOIDE 12
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La nomenclatura binomiale Fu ideata da Carlo Linneo nel XVIII secolo (1753) È basata sul concetto di SPECIE, intesa come l INSIEME DEGLI INDIVIDUI CHE PRESENTANO UN ELEVATO NUMERO DI CARATTERISTICHE COMUNI E DI SOMIGLIANZE A LIVELLO ANATOMO-MORFOLOGICO E, PIÙ IN GENERALE, FISIOLOGICO: TALI CARATTERISTICHE DIFFERENZIANO GLI INDIVIDUI DI UNA SPECIE DA QUELLI DI TUTTE LE ALTRE Prevede l utilizzo di due termini latini o latinizzati. Il primo è l epiteto generico (in corsivo, maiuscolo; spesso abbreviato alla prima lettera), il secondo è l epiteto specifico (corsivo, minuscolo) Per esempio: Homo sapiens, Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli I livelli tassononici superiori (famiglia, ordine, etc.) vanno in maiuscolo ma NON IN CORSIVO (spesso però sono anche scritti in corsivo!) 15 I principali gruppi tassonomici (Gruppo tassonomico o unità tassonomica = raggruppamento di organismi viventi = TAXON, pl. TAXA) (* Dominio) (Eukarya) (Bacteria) (Eukarya) * Regno Animalia Monera Fungi * Phylum (o Tipo o Divisione) Chordata Firmicutes Mycota * Classe Mammalia Bacilli Ascomycetes * Ordine Primates Lactobacillales Endomycetales * Famiglia Hominidae Lactobacillaceae Saccharomycetaceae * Genere Homo Lactobacillus Saccharomyces * Specie sapiens helveticus cerevisiae * Ceppo: non ci sono regole precise; di solito è una sigla (per es. L. helveticus MIMLh5) Un ceppo è l insieme di tutte le cellule microbiche teoreticamente originate da un unica cellula progenitrice e quindi idealmente aventi un identico patrimonio genetico 16
Morfologia dei batteri La morfologia (studio della forma) nei batteri non ha un elevato valore nell identificazione precisa dell organismo batterico, tuttavia può fornire utili informazioni Le forme più comuni: - sferoidali: COCCHI - a bastoncino: BACILLI - a spirale: VIBRIONI e SPIRILLI - PLEOMORFISMO (molteplicità di forme all interno di uno stesso microrganismo) per es. molti membri del genere Bifidobacterium Bifidobacterium longum 17 La morfologia dei batteri 18
La dimensione media delle cellule Occhio nudo Microscopio ottico Microscopio elettronico I batteri hanno un diametro dell ordine di grandezza di 1 μm, mentre i LIEVITI intorno ai 10 μm 19 Il microscopio Microscopio Ottico Composto (è costituito da tre sistemi di lenti: condensatore, oculare e obiettivo) III OCULARE II OBIETTIVO I CONDENSATORE LIMITE DI RISOLUZIONE: imposto dalle proprietà fisiche della luce (0,2 µm) MICROSCOPIA ELETTRONICA: basata sul principio che un campo elettromagnetico agisce su un fascio di elettroni in modo analogo ad una lente su un fascio di fotoni (non ne parleremo) 20
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I batteri sono oggetti di fase AMPIEZZA LUNGEZZA D ONDA L entità del valore di cui è diminuita l ampiezza del raggio luminoso determina quanto apparirà scuro un oggetto nel campo microscopico OGGETTO DI AMPIEZZA COLORAZIONE ¼ di LUNGEZZA D ONDA Il solo rallentamento del raggio luminoso senza che ci sia una variazione di ampiezza determina la formazione di immagini trasparenti OGGETTO DI FASE (BATTERI) 23 Il contrasto di fase È stato sviluppato per migliorare le differenze di contrasto tra le cellule ed il mezzo circostante, così da consentire la loro visualizzazione senza ricorrere alla colorazione (la colorazione uccide le cellule e può distorcerne la forma) Permette dunque l osservazione diretta di cellule vive È una tecnologia presente nell OBIETTIVO - 1- Una cellula batterica ha un indice di rifrazione diversa dal mezzo circostante - 2- Ne deriva una differenza nella fase tra la cellula e il mezzo circostante - 3- Un anello speciale presente nell obiettivo amplifica questa sottile differenza Anello di fase - 4- Si ottiene un immagine scura su sfondo chiaro, con un tipico alone luminoso 24
Il contrasto di fase CAMPO CHIARO CONTRASTO DI FASE 25 I batteri sono OGGETTI DI FASE che possono essere visti bene attraverso il microscopio ottico soltanto : (1) previa colorazione delle cellule o (2) in campo scuro o (3) in contrasto di fase Come osserveremo noi i batteri Osserveremo i batteri senza colorarli - OBIETTIVO 100X - OCULARE 10X - IN IMMERSIONE - CONTRASTO DI FASE obbiettivo Obiettivo a contrasto di fase e ad immersione Obiettivo a immersione RAGGI PERSI PER DIFFRAZIONE Obiettivo a secco 26