E' arrivata l'edizione #31 del Carnevale della Chimica, come ogni 23 di ogni mese, e il tema di questa edizione è
la microbiologia.
I batteri hanno avuto ed hanno ancora un ruolo importante nello sviluppo della vita sulla terra, nel bene e nel male. A livello di specie, e quindi nella dimensione base, i batteri sono riconoscibili per caratteristiche uniche: il DNA, i geni e le reazioni enzimatiche, il metabolismo, i componenti della parete e della membrana, la capacità a vivere in ambienti estremi, dai termofili estremi, ai termofili caseari, per esempio, agli alofili estremi, ai batteri lattici caseari, dagli psicrofili estremi che resistono a temperature polari (nel permafrost vive P. halocryophilus che mostra un metabolismo attivo del carbonio anche a - 15 gradi, con adattamento osmotico e tolleranza allo stress ossidativo), a batteri patogeni come Listeria monocytogenes, che sopravvivono a temerature di frigorifero.
Veniamo prima di tutto ai contributi arrivati:
- "....Ogni volta che il fascino del cosmo mi avvolge o che
cerco di seguire gli incerti confini tra vita e non vita, quello che provo è
stupore e se da una parte questo mi spinge a cercare di saperne di più,
dall’altra mi prende un bisogno fortissimo di metafisica. Se non avessi una
capacità di pensiero filosofico pari a quello di un’effimera ( pur non
possedendo di questo evanescente insetto, nè la leggerezza nè l’eleganza) direi
che si tratta proprio di stupore filosofico, θαùμáζειν, l’attitudine
alla riflessione filosofica. In realtà è solo necessità di leggere e meditare
su i pensieri di chi è in grado di percepire i tratti universali che le cose
nascondono oppure desiderio di entrare in contatto con opere d’arte che
racchiudano il sublime o, ancora, di udire musiche che siano un sottile filo
verso l’infinito."...
Chimicare, l'Associazione attivissima nella divulgazione chimica, segnale i contributi di
Salvatore Caiazzo
A cui richiamo un
vecchio post su un prodotto di riserva ad elevato contenuto energetico, derivato dal metabolismo batterico, il PoliIdrossiAlcanoato
Leonardo Petrillo, del blog Scienzaemusica, sempre attivo e partecipe alle varie edizioni, ha inviato questo
contributo, focalizzato sull'elemento che
occupa la posizione numero 29 all'interno della tavola periodica, il rame, e
sulle leghe metalliche. L'ultima parte del post è dedicata alle applicazioni
mediche del rame, in particolare alla sua utilità nel contrastare i batteri
resistenti agli antibiotici.
- "...Gli Egizi lo mischiavano all'aceto per produrre acetato di rame (Cu(CH3COO)2),
verderame, usato come antibatterico per
uso topico, per curare le infezioni agli occhi"...
Allora, elementi chimici some Rame, Zinco, Argento, e i loro sali, sono tanto importanti in preparati antibatterici, sugli spazzolini da denti, depositati su fibre e tessuti per interventi medici e non.
Mi riferisco anche allo Zolfo, che lasciato reagire con vapore acqueo in camere sigillate, libera bisolfito, un antibatterico antilievito importante in enologia, che agisce anche da antitarlo.
E' la volta di
Annarita Ruberto, divulgatrice
scientifica ben nota ai bloggers e già autrice di Scientificando, ha inviato un
contributo per il Carnevale
che si
colloca tra chimica e fisica.
l'ipoclorito di sodio è anche uno sporicida, un
fungicida ed un virocida
Emanuela Zerbinatti, del blog
“blogosfere” e nello staff di Chimicare, ha promesso di completare il post
'RNA come enzima e l'origine
della vita’, ma il link non è pervenuto (si può sempre aggiungere nei commenti, spero) pertanto riporto un
suo post su Arte e Salute, collegato al CdC, "storia-della-chimica-a-fumetti-torna-30-anni-dopo-in-ebook-una-chicca-per-collezionisti-e-chimici-curiosi"
E' la volta di Paolo Pascucci, del blog Questione della decisione, che ha inviato due contributi
un dubbio che ha assillato
generazioni di bevitori d'aranciata, sugli effetti del sodio dodecil solfato
posso solo aggiungere, per esperienza diretta, che i detergenti (ionici e non ionici)
alterano il gusto del mosto e del vino…..
il secondo link, molto pertinente al tema di questa edizione, è sulle
città batteriche, ovvero i biofilm
Il problema "biofilms" tocca una grande area della nostra esistenza, dalle condutture dell'acqua calda (Legionelle), alle superfici ospedaliere (acciaio, ferri operatori e materiale vario in corsia) alle carene delle navi e alle condutture di raffreddamento industriale.
Lo sviluppo di un biofilm è il frutto di una relazione sociale, un mondo sovradimensionale, dove l'individuo perde peso e si sacrifica per il bene della comunità, che sopravvive negli strati più interni anche in scarsità di ossigeno, protetta da uno strato di cellule necrotiche.
Le comunità batteriche interagiscono, si mandano segnali, cercano di prevalere una specie sull'altra, e di difendersi tramite la produzione di antibiotici e sostanze che inibiscono le altre specie.
Una comunità complessa è quella presente nell'apparato digerente degli animali (e che svolge il lavoro bruto di digestione delle fibre, del legno nelle termiti, e che nell'uomo determina la differenza tra stato di salute e intestino infiammato, tra sistema immunitario attivato ma tollerante i batteri benefici, rispetto a uno sbilanciamento tra citochine infiammatorie rispetto a quelle benefiche.
Un meccanismo che controlla lo sviluppo coordinato di queste comunità in direzione della creazione del biofiolm è chiamato Quorum Sensing, e prevede la produzione di molecole di segnale che permettono la comunicazione tra i batteri, e si basa su diversi tipi di molecole secrete, o autoinduttori, tra cui N-Acil Omoserina Lattone (N-AHL), diversi tipi di quinoloni, e varie molecole di segnale specie-specifiche come l'acido gamma amminobutirrico in Pseudomonas.
Esistono molecole in grado di bloccare il segnale per la formazione del biofilm, tra queste i furanoni. Comunque, anche riuscendo a sequestrare N-AHL dal mezzo di crescita, i batteri superano questo ostacolo aumentandone la biosintesi.
I batteri non ci riguardano solo per le malattie umane, ma anche per le malattie delle piante, dei prodotti vegetali, e per la salue delle piante (pensiamo alla fissazione dell'azoto
e alle interazioni radici-batteri e funghi)
Le comunità batteriche del suolo hanno un ruolo importante nella salute ela risposta gli stress (biotici e abiotici) delle radici, e nella inibizione di specie batteriche e fungine che possono infettare le piante. I batteri utili del suolo, le specie endofitiche e i funghi che promuovono la crescita delle piante sintetizzano ormoni vegetali
(acido
indol-acetico (IAA), acetoino, 2,3-butan-diolo), sostante che stimolano le piante o che inducono una risposta di immunità alle infezioni, (
priming chimico), e gas volatili ad azione di secondi messageri (ossido nitrico, ossido di carbonio, acido sulfidrico)
La chimica riguarda i batteri in tanti aspetti:
Per la classificazione delle specie, i batteri si dividono secondo il tipo di parete e della loro struttura
se penetra la parete che non
viene danneggiata dal solvente alcolico, si tratta
di batteri Gram +, che si colorano di violetto, come ci descrive bene Margherita Spanedda nel
suo post
Se la parete è sensibile alla decolorazione
con l’alcool (ricca in lipidi), una colorazione rosa secondaria per aggiunta di fucsina - safranina
respinge il colorante, permette di visualizzare le cellule batteriche: si parla di batteri Gram negativi
L'API test 20 si usa nel laboratorio di microbiologia clinica, e si basa su reazioni chimiche come il viraggio dell'indicatore di pH, la produzione di colore data da un prodotto di reazione, sull'analisi dei substrati consumati
e dei prodotti del metabolismo, permettono di classificare al 99% una specie sulla base di reazioni chimiche, rilevando indolo, citrato, utilizzo di zuccheri e amminoacidi, per aggiunta di indicatori di pH, come in questo
post di qualche tempo fa.
Sulle fermentazioni sono numerosi i contributi in rete e di bloggers con vari contributi al CdC, e vi rimando ad altre edizioni e a vari links.
La fermentazione malolattica nel vino inizia ad opera di Oenococcus oeni, un Leuconostoc, poche settimane dopo la conclusione della fermentazione da Saccaromyces, e ottiene tramite la decarbossilazione dell'acido malico una riduzione dell'acidità di certi vini. Per altri vini, invece, è richiesta l'aggiunta di acido tartarico per aggiustarne la palatabilità.
Le fermentazioni batteriche, spesso mediante popolazioni eterogenee, sono importanti insutrialmente per la produzione di biogas, sostanze chimiche (acido succinico, butanolo) e per lo smaltimento di scarti vegetali, animali, e dei residui di produzione alimentare, che ci permettono di superare la dipendenza dal petrolio.
La
fermentazione lattica è
così chiamata perchè il catabolismo degli zuccheri produce acido lattico, il
composto che abbassando il pH determina una preponderanza di batteri lattici,
ad elevato potenziale ossidoriduttivo (redox) rispetto ai batteri indesiderati
(proteolitici, attivi nel catabolismo degli amminoacidi producono putrescina e
poliammine maleodoranti, e sostanze volatili indesiderate come acidi
grassi a catena corta, acido isovalerico e isobutilico, originanti dal
catabolismo degli acidi grassi).
L’acidità, il tenore di salinità
della matrice iniziale, le temperature di fermentazione, e l’assenza di
ossigeno determinano i tipi di microrganismi dominanti, e gli aromi del
prodotto finale.
I
batteri lattici sono importanti nelle tecnologie e preparazioni
alimentari: sono batteri anaerobi/microaerofili, si moltiplicano in terreni con esigenze nutritive
particolari (tween-80 o acido oleico, amminoacidi come arginina, in presenza di sale a concentrazioni elevate,
e sopravvivono in terreno liquido ma non vivono a lungo su piastra, nonostante
l'assenza di ossigeno e la temperatura di elezione). D'altra parte, queste
tecniche sono giunte fino a noi dai tempi antichi, come la produzione di latte
acido, burro, formaggio, e del kefir, e non richiedono che elementari
attenzioni, come evitare la contaminazione dell'inoculo che viene trasferito da
produzione a produzione.
I
batteri
lattici (omofermentanti ed eterofermentanti) producono acido lattico (quelli
eterofermentanti producono anche acido acetico e CO
2, importante nella produzione di formaggi con occhielli, e dell'emmenthal), che
acidifica il pH dei prodotti fermentati. L’acido lattico è un formidabile
agente preservante e conservante naturale degli alimenti, insieme al sale che è
ben tollerato dai batteri lattici. L’acido lattico è un additivo tipico delle
produzioni industriali (dai salumi ai prodotti carnei).
Il pH acido, è un fattore di inibizione
dei La produzione di acido acetico nei lattobacilli eterofermentanti,
e la capacità dei Lattobacilli a sopravvivere in ambiente acido, determina la loro selettività
rispetto ad altri batteri e ai lieviti.
In tecnologie casearie è noto l'uso del lisozima nel grana padano, che impedisce la crescita indesiderata di specie batteriche (che non presenteranno sviluppo di aromi da batteri non-starter), e della formaldeide nella produzione del provolone, che veniva consumato stagionato a 6 mesi proprio per lasciare reagire questa aldeide tossica con gli amminoacidi. Altri problemi di patogeni (Brucelle) consigliavano un tempo di consumare i formaggi da allevamenti non sicuri, solo dopo lunga stagionatura.
In questo
post si parla della classificazione filogenetica dei Batteri lattici e Lattobacilli
Un terreno solido di facile utilizzo per la crescita differenziale dei Lattobacilli è il Rogosa (uno studioso di queste specie)-agar, si prepara senza autoclavare, e sfrutta la presenza di acido acetico e di un pH intorno a 4,5 che inibisce molte altre specie batteriche, e la richiesta specifica di questi batteri di Tween-80, amminoacidi, sali di manganese, e altri ioni necessari per le vie biosintetiche e il metabolismo. Essendo specie adattate a sopravvivere in ambienti ricchi di nutrienti, i loro geni sono specializzati, nel trasporto di zuccheri semplici e polisaccarridi, di peptidi, ma possono svolgere alcuni processi solo in presenza di enzimi o cofattori eserni, come ad esempio in presenza di radicali superossido e per l'attività catalasica.
Riguardo alla edizione di settembre del CdC, sono
pervenute alcune offerte di ospitare l’edizione #32, ma la decisione finale non è stata ancora
presa, in attesa che sia presentata una candidatura nuova, di chi non ha mai ospitato
altre edizioni del CdC. Pertanto rinvio al sito del Carnevale della Chimica per
un aggiornamento.
