batteri - Carnevale della Chimica #31

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:

Margherita Spanedda del blog  http://unpodichimica.wordpress.org  ha inviato una trilogia di posts sulla storia della microbiologia. Riportando il suo pensiero: 

• "....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."...

La conquista dell’invisibile parte prima : l’occhio e i suoi limiti

La conquista dell’invisibile parte seconda: Leeuwenhoek

La conquista dell’invisibile parte terza: Pasteur e gli altri

Chimicare, l'Associazione attivissima nella divulgazione chimica, segnale i contributi di 

Salvatore Caiazzo  

 "Il mondo dei batteri, ovvero quando lachimica inizia a vivere" 

 e "Da cosa è fatto l'humus?Formazione e proprietà della sostanza organica nel terreno"

a cui mi associo riproponendo l'edizione passata del CdC "La chimica del suolo"

Di Gabriella Butera e Filippo Luzzu - "Le nuove frontiere applicative delle bioplastiche: dalla nostra tavola al risanamento ambientale" 

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

http://www.tutto-scienze.org/2013/08/liter-of-light-un-litro-di-luce-con.html

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 post che approfondisce l’argomento "sapore amaro" Perchè il dentifricio rende l'aranciata amara?

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

"Città batteriche" e architettura molecolare: nuove tecniche di indagine microscopica

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 

La colorazione di Gram fa uso di  un colorante basico (idrofilo) (violetto di genziana o cristalvioletto)

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 CO₂,  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.