Sostenere la crescita microbica

Il modello di crescita mostrato in Figura 7.5 avviene in un ambiente chiuso; i nutrienti non vengono aggiunti e le cellule morte e rifiuti non vengono rimossi. In molti casi, però, è vantaggioso mantenere le cellule nella fase logaritmica di crescita. Un esempio è nelle industrie che raccolgono prodotti microbici. Un chemostato (Figura 7.7) viene utilizzato per mantenere una coltura continua in cui i nutrienti vengono forniti a un ritmo costante., Una quantità controllata di aria viene miscelata per i processi aerobici. La sospensione batterica viene rimossa alla stessa velocità del flusso di nutrienti per mantenere un ambiente di crescita ottimale.

• Durante quale fase si verifica la crescita al ritmo più veloce?
• Nominare due fattori che limitano la crescita microbica.

Biofilm

In natura, i microrganismi crescono principalmente nei biofilm, ecosistemi complessi e dinamici che si formano su una varietà di superfici ambientali, dai condotti industriali e dalle condutture di trattamento delle acque alle rocce nei letti dei fiumi. I biofilm non sono limitati ai substrati di superficie solida, tuttavia., Quasi qualsiasi superficie in un ambiente liquido contenente alcuni nutrienti minimi alla fine svilupperà un biofilm. Stuoie microbiche che galleggiano sull’acqua, per esempio, sono biofilm che contengono grandi popolazioni di microrganismi fotosintetici. I biofilm trovati nella bocca umana possono contenere centinaia di specie batteriche. Indipendentemente dall’ambiente in cui si verificano, i biofilm non sono raccolte casuali di microrganismi; piuttosto, sono comunità altamente strutturate che forniscono un vantaggio selettivo ai loro microrganismi costituenti.,

Struttura del biofilm

Le osservazioni con microscopia confocale hanno dimostrato che le condizioni ambientali influenzano la struttura complessiva dei biofilm. I biofilm filamentosi chiamati streamer si formano in acqua che scorre rapidamente, come flussi d’acqua dolce, vortici e celle di flusso di laboratorio appositamente progettate che replicano le condizioni di crescita nei fluidi in rapido movimento. Le stelle filanti sono ancorate al substrato da una ” testa “e la” coda” galleggia a valle nella corrente. In acqua ferma o lenta, i biofilm assumono principalmente una forma a fungo., La struttura dei biofilm può anche cambiare con altre condizioni ambientali come la disponibilità di nutrienti.

Osservazioni dettagliate di biofilm sotto laser confocale e microscopi elettronici a scansione rivelano gruppi di microrganismi incorporati in una matrice intervallati da canali di acqua aperta. La matrice extracellulare è costituita da sostanze polimeriche extracellulari (EPS) secrete dagli organismi nel biofilm. La matrice extracellulare rappresenta una grande frazione del biofilm, rappresentando il 50% -90% della massa secca totale., Le proprietà dell’EPS variano in base agli organismi residenti e alle condizioni ambientali, ma è composto principalmente da polisaccaridi e contenenti altre macromolecole come proteine, acidi nucleici e lipidi. Svolge un ruolo chiave nel mantenimento dell’integrità e della funzione del biofilm. I canali nell’EPS consentono il movimento di nutrienti, rifiuti e gas in tutto il biofilm. Ciò mantiene le cellule idratate, prevenendo l’essiccamento. L’EPS protegge anche gli organismi presenti nel biofilm dalla predazione da parte di altri microbi o cellule (ad esempio protozoi, globuli bianchi nel corpo umano).,

Formazione di biofilm

Le cellule microbiche fluttuanti che vivono in un ambiente acquatico sono chiamate cellule planctoniche. La formazione di un biofilm comporta essenzialmente l’attaccamento delle cellule planctoniche a un substrato, dove diventano sessili (attaccate a una superficie). Ciò avviene in fasi, come illustrato nella Figura 7.8. Il primo stadio prevede l’attaccamento di cellule planctoniche a una superficie rivestita con un film di condizionamento di materiale organico., A questo punto, l’attaccamento al substrato è reversibile, ma poiché le cellule esprimono nuovi fenotipi che facilitano la formazione di EPS, passano da uno stile di vita planctonico a uno sessile. Il biofilm sviluppa strutture caratteristiche, tra cui una vasta matrice e canali d’acqua. Appendici come fimbriae, pili e flagelli interagiscono con l’EPS e la microscopia e l’analisi genetica suggeriscono che tali strutture sono necessarie per la creazione di un biofilm maturo., Nell’ultima fase del ciclo di vita del biofilm, le cellule alla periferia del biofilm ritornano a uno stile di vita planctonico, staccando il biofilm maturo per colonizzare nuovi siti. Questa fase è indicata come dispersione.

All’interno di un biofilm, diverse specie di microrganismi stabiliscono collaborazioni metaboliche in cui il prodotto di scarto di un organismo diventa il nutriente per un altro. Ad esempio, i microrganismi aerobici consumano ossigeno, creando regioni anaerobiche che promuovono la crescita degli anaerobi. Ciò si verifica in molte infezioni polimicrobiche che coinvolgono sia patogeni aerobici che anaerobici.