BATTERI AEROBICI: CARATTERISTICHE, ESEMPI, COLTURE, MALATTIE - BIOLOGIA - 2025

I batteri aerobici sono un ampio gruppo di batteri caratterizzati dalla necessità di ossigeno per i loro processi metabolici. Questi batteri usano l'ossigeno per scomporre i composti organici in composti più semplici attraverso un processo noto come respirazione cellulare.

Molti specialisti sostengono che l'aspetto di questo tipo di batteri è una conseguenza diretta del processo di fotosintesi. A causa di ciò, i livelli di ossigeno atmosferico sono aumentati ed erano inizialmente tossici per molti esseri viventi. Per questo motivo, molti organismi hanno dovuto adattarsi e iniziare a utilizzare l'ossigeno.

Mycobacterium tuberculosis, batteri aerobici. Fonte: Crediti fotografici: Janice Carr Fornitori di contenuti: CDC / Dr. Ray Butler; Janice Carr

Esistono molte specie incluse nel gruppo dei batteri aerobici. I più rappresentativi sono quelli dei generi Bacillus, Mycobacterium e Nocardia. Allo stesso modo, molti di questi batteri sono noti patogeni umani, causando anche patologie che possono causare la morte.

caratteristiche

La caratteristica principale dei batteri aerobici è che per svilupparsi necessitano necessariamente di un ambiente in cui vi sia ampia disponibilità di ossigeno, poiché all'interno del loro metabolismo svolgono il processo di respirazione cellulare.

In questo processo usano l'ossigeno per scomporre molecole da composti organici, come il glucosio, a composti più semplici come l'anidride carbonica e l'acqua, con il conseguente ottenimento di energia sotto forma di ATP.

Allo stesso modo, la maggior parte delle specie che compongono questo gruppo non hanno la capacità di sintetizzare l'enzima catalasi, quindi non possono dividere la molecola di perossido di idrogeno in acqua e ossigeno.

Tipi di batteri aerobici

In generale, è chiaro che i batteri aerobici sono quelli che richiedono la presenza di ossigeno per svilupparsi e crescere. Tuttavia, la necessità di questo elemento chimico nei batteri di questo gruppo non è la stessa per tutti. In questo senso, esistono diversi tipi di batteri aerobici: aerobici obbligati, anaerobici facoltativi e microaerofili.

Batteri aerobici obbligati

Sono batteri che richiedono necessariamente ossigeno per svilupparsi. Richiedono questo elemento per eseguire il processo di respirazione cellulare.

Batteri anaerobici facoltativi

Si tratta di batteri che dal punto di vista evolutivo hanno un certo vantaggio, poiché possono sopravvivere sia in ambienti in cui è presente l'ossigeno, sia in quegli ambienti in cui è assente.

Questo perché nel loro macchinario cellulare, hanno gli elementi necessari per svolgere processi anaerobici attraverso i quali possono ottenere energia. In modo tale che in assenza di ossigeno, questi batteri non muoiono, ma svolgono altri processi metabolici.

Batteri microaerofili

Questo è un tipo molto particolare di batteri. Usano l'ossigeno come elemento primario per svolgere il processo di respirazione cellulare. Tuttavia, le concentrazioni atmosferiche di questo gas (circa il 21%) sono tossiche per questi batteri.

Specie di batteri aerobici

Batteri del genere

Il genere Bacillus è costituito da una grande varietà di specie, che si caratterizzano per avere una forma a bastoncello ed essere gram positive. Una delle caratteristiche più importanti di questi batteri è che quando le condizioni ambientali diventano ostili, generano spore nelle loro cellule. Questi sono molto resistenti e hanno lo scopo di garantire che i batteri possano sopravvivere in condizioni ambientali dannose.

All'interno di questo genere ci sono batteri che sono strettamente aerobici, mentre ce ne sono altri che sono considerati aerobici facoltativi. Tra le specie di batteri del genere Bacillus possiamo citare: Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis e Bacillus thuringiensis, tra gli altri.

Bacillo

È un batterio molto conosciuto e studiato nel mondo della microbiologia, poiché per le sue potenzialità ed evidenti patogenicità è stato utilizzato come arma biologica. Le sue spore sono molto tossiche e penetrano facilmente nel corpo umano, attraverso le vie respiratorie per inalazione, per ingestione di cibo contaminato o per contatto con una ferita aperta.

Già nell'organismo provoca un'infezione che, in modo generico, è conosciuta con il nome di antrace, che può essere cutanea, polmonare o gastrointestinale.

Bacillus cereus

È un batterio aerobico facoltativo ben noto per la produzione di tossine. Queste tossine possono causare diverse patologie nell'uomo, come la sindrome emetica e la sindrome diarroica, entrambe a livello gastrointestinale. Allo stesso modo, può colpire altri organi, come gli occhi, in cui può causare cheratite ed endoftalmite.

Bacillus subtilis

È forse la specie più studiata del genere Bacillus. Tant'è che è considerata la "specie tipo". Come altre specie di Bacillus, produce spore, in particolare endospore che si trovano al centro della cellula batterica.

È un batterio innocuo per l'uomo, ad eccezione di alcuni casi molto isolati di avvelenamento da alimenti contaminati. Oltre a questo, porta una vasta gamma di benefici, come la sintesi di sostanze antimicotiche e antibiotiche, nonché applicazioni in ambito industriale.

Nocardia

È un genere di batteri gram-positivi a forma di bacilli. Tra le sue caratteristiche più notevoli, si può menzionare che hanno ramificazioni, molte delle quali sono ad angolo retto.

Allo stesso modo, questi batteri sono ben noti agenti patogeni per l'uomo. Due delle sue specie in particolare, Nocardia asteroides e Nocardia brasiliensis, sono state sufficientemente studiate come responsabili rispettivamente della nocardiosi polmonare e del micetoma actinomicotico.

Lactobacillus

Sono batteri gram-positivi che si caratterizzano per essere aerobi facoltativi, avere la forma di un bacillo e non produrre spore. Questi batteri sono generalmente considerati innocui e innocui per l'uomo.

Al contrario, sono famosi per i benefici che apportano, tra i quali possiamo evidenziare: contribuiscono alla conservazione degli alimenti, aiutano a controllare alcune malattie -come il cancro al colon-, e fanno parte della sintesi di alcuni composti, come le vitamine del gruppo B.

Staphylococcus

Questi sono batteri (rotondi) a forma di cocco che tendono a formare grumi di cellule che assomigliano a un grappolo d'uva. I batteri di questo genere sono considerati aerobici facoltativi, il che significa che possono svilupparsi sia in presenza che in assenza di ossigeno.

Molte delle specie di questo genere sono patogeni umani noti. Tra questi, il più virulento è lo Staphylococcus aureus, che produce alcune tossine: emolisina, enterotossina, tossina della sindrome da shock tossico e tossina esfoliativa. Queste tossine causano malattie come diarrea, colite pseudomembranosa e sindrome della pelle ustionata.

Differenza tra batteri aerobici e anaerobici

I batteri anaerobici sono apparsi sul pianeta molto prima dei batteri aerobici. Questo perché nelle prime ere della vita terrestre l'ossigeno non era una parte significativa dell'atmosfera, quindi gli esseri viventi che esistevano allora non lo utilizzavano per i loro processi metabolici.

Successivamente, con l'evoluzione della vita sul pianeta e la stabilizzazione dei livelli dei gas atmosferici, sono comparsi organismi aerobici, che hanno iniziato a utilizzare l'ossigeno come elemento principale nei processi di produzione di energia.

Ora, la principale differenza tra entrambi i tipi di batteri è che i batteri aerobici richiedono l'elemento ossigeno per svolgere vari processi cellulari, il più caratteristico è la respirazione cellulare. Attraverso questo processo ottengono una grande quantità di energia.

I batteri anaerobici, d'altra parte, non usano l'ossigeno per nessun processo. Anche per alcuni di questi batteri, l'ossigeno è altamente tossico. A causa di ciò, eseguono altri processi per ottenere l'energia di cui la cellula ha bisogno.

Tra questi processi c'è la fermentazione, attraverso la quale la degradazione di alcuni composti, come i carboidrati, per ottenere altri composti organici, come l'acido lattico.

Un'altra differenza che si può citare tra questi due tipi di batteri è l'habitat in cui si trovano. I batteri anaerobici si trovano solitamente in luoghi dove c'è poco ossigeno, come nel tartaro che copre i denti, mentre i batteri aerobici prosperano in habitat dove c'è abbastanza ossigeno, come il suolo.

Coltura di batteri aerobici

Quando si intende eseguire una coltura di batteri aerobici in laboratorio, la prima cosa da tenere a mente è che questi tipi di batteri richiedono una quantità adeguata di ossigeno. In questo senso, le stesse condizioni atmosferiche sono note per essere ideali. Tuttavia, ci sono alcuni batteri che necessitano di ulteriore aerazione.

In questi casi, ciò che si può fare è scuotere energicamente il pallone o l'aria sterilizzata a bolle attraverso il mezzo. Nel caso in cui la coltivazione sia piuttosto estesa, si consiglia di aumentare l'esposizione del mezzo all'atmosfera. Ciò si ottiene sovrapponendo il mezzo poco profondo.

Coltivazione di Staphylococcus aureus. Fonte: Microrao

Ora, per quanto riguarda la composizione del terreno di coltura da utilizzare per i batteri aerobici, questa dipenderà dalla specie batterica che si sta coltivando. Ad esempio, per la coltivazione di Staphylococcus aureus, i terreni di coltura più comunemente usati sono agar sangue al 5%, trypticase soy agar e BHI Brain Heart Infusion Broth. Anche i batteri Bacillus vengono coltivati ​​con successo nei suddetti terreni di coltura.

È importante notare che BHI Brain Heart Infusion Broth è raccomandato in tutto il mondo per la coltivazione di batteri aerobici. La sua composizione comprende un'infusione di cervello di vitello e un'infusione di cuore bovino, oltre a peptone, cloruro di sodio e glucosio, tra gli altri componenti.

Metodi per il conteggio delle piastre

Il conteggio su piastra è una procedura standard che viene eseguita nei laboratori al fine di raggiungere un numero approssimativo di batteri che compongono una coltura specifica.

Questa tecnica si basa sul conteggio delle cosiddette unità formanti colonie e consente di ottenere un numero approssimativo di batteri. È importante sottolineare che questa procedura deve essere eseguita con la completezza e il rigore richiesti, poiché qualsiasi errore, per quanto piccolo, può influire notevolmente sui risultati.

Esistono diverse tecniche che possono essere applicate per eseguire il conteggio delle piastre. Due di loro verranno spiegati qui.

Tecnica di colata su piastra

La prima cosa da fare è preparare il terreno di coltura ideale per il tipo di batteri che si desidera coltivare. Successivamente, in un'area chiara e pulita, vengono collocate le piastre di Petri in cui verrà collocata la coltura.

In ciascuna capsula di Petri è necessario aggiungere 1 ml della diluizione corrispondente, nonché circa 20 ml del terreno di coltura che viene sciolto. Successivamente, i movimenti con la capsula di Petri devono essere eseguiti come segue: 6 da destra a sinistra, 6 in senso orario, 6 in senso antiorario e 6 da dietro in avanti. Infine il mezzo dovrebbe solidificarsi.

Le piastre Petri vengono incubate in condizioni di temperatura adeguate (37 ° C) per 24-48 ore. Trascorso questo tempo, è necessario contare il numero di colonie sviluppatesi.

Tecnica di spalmatura superficiale sul piatto

Per eseguire il conteggio utilizzando questa tecnica, le piastre di Petri con il terreno di coltura devono essere posizionate sul tavolo in modo ordinato per evitare errori. Successivamente, 1 ml di ciascuna diluizione viene inoculato in ciascuna capsula.

Allo stesso modo, con l'aiuto di una bacchetta di vetro, l'inoculo deve essere distribuito in modo omogeneo su tutta la superficie del terreno di coltura. Questo deve essere fatto attraverso movimenti di torsione.

Una volta che l'inoculo è stato assorbito dal terreno di coltura, le capsule vengono incubate per il tempo richiesto in base al microrganismo coltivato. Infine, devono essere contate tutte le colonie che si sono sviluppate sulle piastre selezionate.

Malattie causate

Come accennato in precedenza, alcuni dei generi che compongono il gruppo di batteri aerobici sono noti per causare malattie negli esseri umani. Di seguito sono elencate alcune di queste malattie con i rispettivi sintomi e trattamenti.

nocardiosi

La nocardiosi è una malattia che può presentarsi in modo acuto o cronico. Secondo i casi clinici studiati, il più delle volte si presentano con i sintomi della polmonite. Tuttavia, a volte, piuttosto che infettare le vie respiratorie, può colpire direttamente la pelle, provocando lesioni caratteristiche.

I sintomi osservati nella nocardiosi polmonare sono:

• Febbre alta
• Tosse cromica che non è alleviata da nulla
• Respirazione difficoltosa
• Disagio generale

D'altra parte, quando i batteri del genere Nocardia invadono la pelle, può svilupparsi quello che è noto come actinomicetoma. Questo è un tipo di infezione cronica, granulomatosa, molto raro e di solito si verifica in persone che hanno un sistema immunitario depresso. I suoi sintomi includono:

• Febbre
• Lesione nodulare che presenta una pustola centrale attraverso la quale potrebbe essere drenato materiale sanguinante.
• Ascesso cutaneo o sottocutaneo.
• Malessere generale

Antrace

Questo è il nome dato alle infezioni causate dal batterio Basillus anthracis. È causato dal contatto umano diretto con le spore di detti batteri. L'antrace può colpire i polmoni e la pelle. Il polmonare è il più pericoloso, con un tasso di mortalità superiore al 90%.

Alcuni anni fa questo batterio è diventato famoso perché venivano spedite buste contenenti spore, che colpivano molto chi le riceveva, provocandone la morte.

All'inizio, i sintomi dell'antrace nei polmoni assomigliano a quelli di un raffreddore, tuttavia, con il passare del tempo, evolvono verso un quadro clinico più compromesso:

• Febbre persistente
• Respirazione difficoltosa
• Aumento della frequenza cardiaca.

Alla fine il paziente peggiora e si verifica uno shock settico, dopodiché nella maggior parte dei casi si verifica la morte del paziente.

Per quanto riguarda l'antrace cutaneo, il primo segno è una lesione simile a una puntura di zanzara, che diventa cronica e si evolve in escara necrotica.

C'è anche un aumento della temperatura corporea e malessere generale. Questo quadro clinico spesso si risolve favorevolmente, lasciando solo una cicatrice. Tuttavia, non è saggio essere negligenti in quanto può diffondersi e causare batteriemia.

Tubercolosi

È una patologia che colpisce le vie respiratorie ed è causata da un batterio aerobico rigoroso, il Mycobacterium tuberculosis. I batteri si trovano nelle secrezioni di chi soffre della malattia, in particolare in quella che espellono quando tossiscono. Il contatto con queste secrezioni è la via di infezione più comune.

I sintomi della tubercolosi sono:

• Tosse costante con espettorato sanguinante
• Febbre
• Disagio generale
• Dolore al petto, soprattutto quando si tossisce e si respira
• Profusa sudorazione notturna.

Lebbra

È una ben nota malattia causata da un altro batterio del genere Mycobacterium, Mycobacterium leprae. Questa è una malattia che per secoli è stata una piaga, poiché chi ne soffriva è stato esecrato dalla società e costretto a vivere separato.

I sintomi più comuni della lebbra sono:

• Lesioni di colore chiaro sulla pelle
• Protuberanze o noduli sulla pelle
• Perdita di sensibilità in alcune zone
• Ispessimento della pelle

Con il passare del tempo il quadro clinico peggiora, facendo perdere all'individuo la funzionalità degli arti superiori e inferiori, deturpazioni causate da lesioni cutanee e fastidi a livello cutaneo, come la costante sensazione di bruciore sulla pelle.

Riferimenti

1. Camacho, A., Giles, M., Ortegón, M., Palao, M., Serrano, B. e Velásquez, O. (2009) Tecniche per l'analisi microbiologica degli alimenti. UNAM Mexico 2a edizione.
2. Carrol, K., Hobden, J., Miller, S., Morse, S., Mietzner, T., Detrick, B., Mitchell, T. e Sakanari, J. Medical Microbiology. Mc Graw e Hill. 27a edizione
3. Dorronsoro, I. e Torroba L. Microbiology of Tuberculosis. (2007). Annali del sistema sanitario di Navarra. 30 (2).
4. González, P. e Cona, E. (2006). Nocardia asteroides. Rivista cilena di infettologia. 2. 3. 4).
5. Hernández, P., Mayorga, J. e Pérez, E. (2010). Actinomicetoma dovuto a Nocardia brasiliensis. Annals of Pediatrics. 73 (4). 159-228
6. Ryan, K. e Ray, C. (2004). Sherris Medical Microbiology. Mc Graw Hill. 4a edizione.