BATTERI ANAEROBICI: CARATTERISTICHE, TIPI, SPECIE, CULTURA - BIOLOGIA - 2025

I batteri anaerobici sono quelli che non utilizzano l'ossigeno nei loro processi metabolici. In effetti, molti di questi batteri non possono sopravvivere in ambienti in cui questo elemento è presente, poiché è tossico per loro.

Uno dei processi metabolici svolti da questo tipo di batteri e che è stato più ampiamente studiato è la fermentazione. Questo è un processo che ha un gran numero di applicazioni a livello industriale, legate alla produzione di bevande alcoliche, yogurt e aceto, tra gli altri prodotti.

Bacteroides, un genere di batteri anaerobici. Fonte: governo degli Stati Uniti

Allo stesso modo, molti di questi batteri hanno il loro habitat naturale all'interno del corpo umano, trovandosi principalmente nel tratto gastrointestinale. Alcuni sono innocui, ma altri causano varie patologie nel corpo, molte delle quali possono portare alla morte.

caratteristiche

I batteri anaerobici sono tra i primi esseri viventi a emergere sul pianeta. È importante sottolineare che migliaia di anni fa, quando iniziarono ad emergere le prime forme di vita, i livelli di ossigeno nell'atmosfera erano davvero bassi. Per questo motivo, i primi organismi che sono stati sviluppati avevano altri meccanismi cellulari per ottenere energia.

Infatti, per molte delle specie che compongono il gruppo dei batteri anaerobici, l'ossigeno è altamente tossico. Questo è il motivo per cui alcuni batteri si trovano in habitat dove non è presente ossigeno.

Allo stesso modo, ci sono batteri anaerobici che supportano la vita in presenza di quantità molto piccole di ossigeno, quindi possono essere localizzati in una maggiore varietà di ambienti. Alcuni di questi batteri fanno parte del normale microbiota umano, in particolare a livello del cavo orale e del tratto gastrointestinale.

D'altra parte, questi batteri svolgono la fermentazione. Questo è un processo catabolico mediante il quale i composti organici vengono degradati a quelli più semplici in assenza di ossigeno. Viene eseguito principalmente da batteri anaerobici.

Allo stesso modo, non esiste un unico tipo di fermentazione. A seconda del prodotto ottenuto ci sono diversi tipi, come la fermentazione acetica, lattica e alcolica, tra gli altri.

In questi batteri i vari sistemi enzimatici funzionano perfettamente in assenza di ossigeno. Questo perché usano altri composti come fumarato, nitrato o solfato come accettori di elettroni.

È opportuno ricordare che molti dei batteri anaerobici costituiscono agenti patogeni per l'uomo. Tra le più conosciute e studiate si possono citare, tra le altre, le specie dei generi Porphyromonas, Clostridium e Prevotella.

Tipi di batteri anaerobici

Molti dei batteri anaerobici non possono resistere a trovarsi in ambienti dove c'è ossigeno, perché questo è tossico per loro. Tuttavia, ce ne sono anche alcuni, nonostante non utilizzino ossigeno, possono sopravvivere in ambienti dove sono presenti diverse concentrazioni di questo gas.

Tenendo presente questo, i batteri anaerobici possono essere suddivisi in tre tipi: anaerobici obbligati, aerotolleranti e anaerobici facoltativi.

Anaerobi obbligatori

Sono anche conosciuti come batteri anaerobici stretti. Sono quelli che non usano l'ossigeno per nessun processo metabolico. La tua tolleranza a questo gas è variabile. Secondo questo, i batteri anaerobici obbligati sono classificati in:

- Rigoroso: tollera solo concentrazioni di ossigeno inferiori allo 0,5%.

- Moderata: possono tollerare concentrazioni di ossigeno comprese tra il 2 e l'8%.

Anaerobi aerotolleranti

Si tratta di batteri che, sebbene non utilizzino l'ossigeno per svolgere alcun processo cellulare, possono vivere negli habitat in cui è presente. Un classico esempio di questo tipo di batteri è il Pronibacterium acnespio, che causa molti casi di acne.

Anaerobi facoltativi

I batteri anaerobici facoltativi non usano l'ossigeno per i loro processi metabolici, ma possono vivere in presenza di esso, poiché non è tossico per loro. Svolgono principalmente il processo di fermentazione per ottenere l'energia necessaria. Tra i batteri anaerobi facoltativi più noti vi sono Escherichia coli e Staphylococcus aureus.

Specie di batteri anaerobici

Per facilitare lo studio dei batteri anaerobici, possono essere raggruppati in base alla loro forma e colorazione in: cocchi gram-negativi, cocchi gram-positivi, bastoncelli gram-negativi e bastoncelli gram-positivi.

-Gram negativo cocos

All'interno di questo gruppo sono presenti diversi generi come Veillonella e Megasphaera.

Veillonella

Questo è un genere di batteri gram-negativi ben noto per il suo potenziale fermentativo. Questi batteri fermentano il lattato in acetato e propionato attraverso una via metabolica nota come via metilmalonil-CoA.

Allo stesso modo, sono parte integrante del microbiota di alcune parti del corpo come la cavità orale e il tratto gastrointestinale.

-Gram positive cocos

Sono batteri di forma tonda che, macchiati con il pigmento gram, assumono un caratteristico colore viola.

Anaerococcus

I batteri di questo genere si trovano a far parte della flora batterica del corpo umano. Tuttavia, è possibile che sia la causa di alcuni processi patologici. Questo batterio è stato isolato da perdite vaginali, ascessi ovarici e alcune ferite croniche.

Allo stesso modo, in diversi studi di casi clinici è stato stabilito che le specie di questo genere possono causare una vasta gamma di infezioni nel tratto urinario, oltre che nel sangue.

Pepto-streptococco

È un genere di batteri che spesso causa lo sviluppo di patologie nell'uomo. Inoltre, fanno parte del microbiota di alcune mucose del corpo, come quella orofaringea e genito-urinaria.

-Bacilli Gram negativi

Sono batteri che hanno una forma a bastoncino allungata e sono caratterizzati dall'acquisizione di un colore fucsia quando sottoposti al processo di colorazione di Gram. Questo gruppo di batteri anaerobici comprende diversi generi.

Prevotella

È un genere di batteri che si trovano frequentemente come componenti della flora batterica del cavo orale, del tratto gastrointestinale e della cavità vaginale. Nonostante ciò, quando le normali condizioni del corpo cambiano, questi batteri proliferano in modo incontrollabile.

Quando ciò si verifica, Prevotella provoca lo sviluppo di alcune infezioni, le più comuni sono quelle che si verificano a livello della mucosa parodontale. Sono stati anche isolati da pazienti con artrite reumatoide.

-Bacilli Gram positivi

A questo gruppo appartengono i batteri a forma di bastoncello che hanno uno spesso strato di peptidoglicano nella loro parete cellulare che trattiene le particelle di colorante gram, conferendogli un colore viola. Questo gruppo comprende un'ampia varietà di specie che causano varie malattie e patologie nell'uomo.

Clostridium botulinum

È un batterio gram-positivo caratterizzato dalla produzione di spore, che costituiscono un agente infettivo per l'uomo. Allo stesso modo, questo batterio sintetizza e rilascia alcune tossine, la cui funzione principale è quella di paralizzare i muscoli.

Tra le malattie che questo batterio genera, possiamo citare il botulismo alimentare, che colpisce il tratto gastrointestinale, e il botulismo infantile, che colpisce i bambini piccoli ed è causato dall'ingestione diretta di spore.

Clostridium tetani

Questo batterio è molto conosciuto nel campo della medicina ed è stato oggetto di numerosi studi sugli effetti che genera nell'organismo. Come il resto dei batteri del genere Clostridium, questo batterio produce endospore, che sono molto resistenti ai componenti ambientali.

Clostridium tetani. Fonte: provider di contenuti: CDC

Allo stesso modo, questo batterio causa una patologia negli esseri umani nota come tetano. Questa malattia è causata dall'ingresso di spore nel corpo, che germinano e iniziano a sintetizzare e rilasciare le tossine di questa specie.

Quando ciò si verifica, le spore interferiscono con la trasmissione degli impulsi nervosi, provocando dolorosi spasmi muscolari.

Differenze dai batteri aerobici

La principale differenza tra batteri anaerobici e batteri aerobici si riferisce all'uso dell'ossigeno e alla capacità di svilupparsi in presenza o assenza di questo elemento.

In questo senso, i batteri anaerobici non utilizzano l'ossigeno per nessuno dei loro processi interni di produzione di energia. Al contrario, i batteri aerobici lo usano come accettore di elettroni durante il processo di respirazione cellulare, per mezzo del quale degradano molecole di composti organici come il glucosio, ottenendo una grande quantità di energia.

Allo stesso modo, ci sono batteri anaerobici che, oltre a non utilizzare l'ossigeno nei loro vari processi, non possono trovarsi in ambienti ricchi di ossigeno, poiché questo elemento è altamente tossico per loro. Invece della respirazione cellulare, eseguono la fermentazione.

Un'altra notevole differenza tra i due tipi di cellule ha a che fare con il loro habitat. I batteri aerobici si trovano in ambienti in cui l'ossigeno è ampiamente disponibile, mentre i batteri aneroidi sopravvivono in ambienti in cui vi è una completa assenza di ossigeno o dove le concentrazioni di ossigeno sono molto basse.

Coltura di batteri anaerobici

La coltivazione di batteri anaerobici è un processo in cui devono essere seguite tutte le precauzioni necessarie per evitare di commettere errori. Qui è importante tenere presente che alcune specie di batteri anaerobici non possono avere alcun tipo di contatto con l'ossigeno, poiché questo può essere un agente tossico per loro.

Uno degli elementi da tenere in considerazione quando si esegue una coltura in laboratorio è il mezzo di coltura da utilizzare. Ogni gruppo di batteri ha determinati requisiti specifici.

Strumenti della cultura

Attualmente esistono molti terreni di coltura che possono essere utilizzati per la semina di qualsiasi tipo di batterio. Nel caso specifico dei batteri anaerobici, il terreno di coltura richiede l'aggiunta di un agente riducente, come il tioglicolato o la cisteina.

Allo stesso modo, per ottimizzare i risultati che ci si aspetta di ottenere, può essere aggiunto un indicatore redox, che mostra la possibile presenza di ossigeno, come la resazurina.

I terreni di coltura più utilizzati e consigliati per la semina di batteri anaerobici sono:

- Agar sangue per anerobios: contiene, tra le altre cose, estratto di carne, estratto di lievito, NaCl, glucosio e peptone, tra gli altri.

- Agar cioccolato: non è molto utilizzato per coltivare batteri anaerobici. Tuttavia, grazie ai suoi componenti è possibile farli crescere lì.

- Agar alcol etilico fenilico con sangue: questo terreno è ampiamente utilizzato per isolare adeguatamente i batteri anaerobici.

- Agar Columbia con colistina e acido nalidixico.

- Tioglicollato: è generalmente arricchito con L-cistina, emina e vitamina K.

- Agar KVLB (kanamicina, vancomicina, sangue laccato): specifico per bacilli Gram negativi.

Processi

Una volta selezionato il terreno di coltura da utilizzare, in base ai batteri da coltivare, la procedura può iniziare. In questo senso è necessario creare un ambiente totalmente anaerobico, in cui non ci sia ossigeno. Per ottenere ciò, è possibile seguire due procedure:

- Metodo Sodio idrossido - acido pirogallico: questo metodo si basa sull'ottenimento di un ambiente anaerobico attraverso una reazione chimica, utilizzando, al posto di un agente riducente, un catalizzatore. È una procedura delicata e potenzialmente pericolosa.

- Uso di fiasche anaerobiche: questo tipo di fiasche sono molto utili per la coltivazione di organismi anaerobici. Tuttavia, viene utilizzato solo con organismi che possono resistere al contatto leggero con piccoli livelli di ossigeno.

Allo stesso modo, è necessario creare una sorta di vuoto per procedere con la coltivazione. Questo può essere fatto in diversi modi: rimpiazzando l'ossigeno con altri gas, assorbendo ossigeno attraverso metodi chimici o biologici o usando agenti riducenti.

Cultura di Clostridium perfringens. Fonte: Crediti fotografici: Fornitori di contenuti: CDC / Dr. Stuart E. Starr

Dopo aver eseguito questi passaggi, viene eseguita l'inoculazione per incubare la coltura e attendere il tempo ragionevole per studiare le colonie ottenute. Il tempo di attesa dipenderà dalla specie che si sta coltivando.

Esistono specie a crescita rapida (18-24 ore) come il Clostridium perfringens e ce ne sono altre che hanno una crescita lenta (5-7 giorni) come il Propionibacterium.

Metodi per il conteggio delle piastre

Questi metodi vengono utilizzati per scoprire il numero approssimativo di microrganismi trovati in una coltura. Nel caso dei batteri anaerobici, esistono diverse tecniche che consentono il conteggio.

Tuttavia, poiché molti di questi batteri non possono entrare in contatto diretto con l'ossigeno perché è tossico, è necessario prestare estrema attenzione quando si praticano queste tecniche.

In questo senso, qui verranno descritti due metodi: il numero più probabile (per aerobica rigorosa) e il metodo di diffusione della placca (per anaerobi facoltativi e microaerofili).

Molto probabilmente metodo numerico

Questa tecnica si basa sulla determinazione della presenza o dell'assenza di microrganismi in un campione. Questo viene fatto in repliche di soluzioni consecutive. Il principio alla base di questo metodo è che una singola cellula vivente può svilupparsi, producendo così una coltura torbida.

Per eseguire questo processo, è necessario effettuare una serie di dissoluzioni seriali del campione di coltura. Per questo, è importante utilizzare un terreno di coltura liquido con i requisiti nutrizionali. Fatto ciò, le provette vengono incubate in attesa che i microrganismi crescano.

Dopo che è trascorso il tempo ragionevole, le provette in cui sono state inoculate una o più cellule batteriche appariranno torbide.

Man mano che le provette in cui aumenta il fattore di dissoluzione vengono riviste, diventano progressivamente meno torbide, poiché contengono sempre meno cellule batteriche. Questo è il caso fino a quando non si raggiunge un punto in cui non ci sarà più alcuno o solo un microrganismo.

Infine, la stima della densità di popolazione è ottenuta dal modello di occorrenza in soluzioni seriali e attraverso l'uso di una tabella probabilistica standard progettata a questo scopo.

Metodo di diffusione del piatto

Questo è un metodo abbastanza semplice. In primo luogo, diverse piastre Petri con il terreno di coltura devono essere disposte in modo ordinato. Successivamente, 1 mL di soluzione viene inoculato in ciascuna capsula. È importante notare che le soluzioni contengono il microrganismo da contare.

Quindi, con l'aiuto di una bacchetta di vetro, il materiale inoculato viene distribuito in modo omogeneo coprendo l'intera superficie del terreno di coltura.

Infine, le piastre di Petri vengono incubate nelle condizioni richieste per il tempo necessario per ogni tipo di microrganismo. Infine, vengono contate le colonie che sono state generate.

Malattie causate

Molti dei batteri anaerobici sono noti patogeni dell'uomo e provocano malattie e patologie che possono addirittura compromettere la vita dell'individuo.

Infezioni a livello del cavo orale

La cavità orale è l'ambiente ideale per molti batteri anaerobici, che vi proliferano e generano alcune patologie come parodontiti, gengiviti necrotizzanti e ascessi, tra le altre.

La maggior parte di queste infezioni si presenta con dolore, lesioni della mucosa e suppurazione del pus, con conseguente aumento della temperatura corporea.

Tra i batteri responsabili, Porphyromonas gingivalis è quello più frequentemente isolato in queste lesioni.

Infezioni intestinali

Una delle vie di infezione per questo tipo di batteri è attraverso l'ingestione di spore (nel caso di batteri sporulati) o di cibo e acqua contaminati.

In questi casi i batteri si ancorano all'intestino e iniziano a provocare danni alla mucosa intestinale, innescando sintomi quali: febbre, dolori addominali, feci liquide, gonfiore, nausea e malessere generale.

I batteri anaerobici che possono generare questo quadro clinico sono Clostridium difficile ed Escherichia coli, tra gli altri.

Infezioni della pelle

Alcuni di questi batteri, quando vengono a contatto con una ferita aperta, possono infettarla. In tal caso, si possono generare gravi infezioni della pelle, come la cancrena gassosa, il cui agente eziologico è Clostridium perfringes.

I sintomi della cancrena gassosa includono: vesciche piene di liquido sanguinante, enfisema sottocutaneo, forte dolore e febbre alta, tra gli altri.

Un'altra patologia causata da batteri anaerobici a livello cutaneo è la fascite necrotizzante, in cui l'infezione si diffonde oltre il tessuto cutaneo, interessando anche la fascia che circonda i muscoli.

I sintomi includono dolore acuto, eritema grave, vesciche e molto spesso cancrena. Tra gli agenti causali di questa patologia c'è lo Staphylococcus aureus.

Riferimenti

1. Brook I. (2016) Malattie causate da batteri anaerobici non sporigeni. In: Goldman L, Schafer AI, eds. Goldman-Cecil Medicine. 25a ed. Philadelphia, PA
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. Corrales, L., Antolinez, D., Bohórquez, J. e Corredor, A. (2015). Batteri anaerobici: processi che svolgono e contribuiscono alla sostenibilità della vita sul pianeta. NOVA 13 (23) 55-81
4. Curtis, H., Barnes, S., Schneck, A. e Massarini, A. (2008). Biologia. Editoriale Médica Panamericana. 7a edizione.
5. Holt, J. (1994) Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. Williams & Wilkins. 9a edizione.
6. Mc Faddin (1985) Mezzi per isolamento-coltivazione-identificazione-mantenimento di batteri medici. Vol 1. Baltimora.
7. Quintero, L. (2009). Infezioni batteriche anaerobiche: criteri di gestione clinica e procedure diagnostiche microbiologiche. Loghi, rivista di scienza e tecnologia. 1 (1) 121-136