Batteri (eubatteri e archaea)

La microbiologia è nata in gran parte attraverso studi sui batteri. Gli esperimenti di Louis Pasteur in Francia, Robert Koch in Germania e altri alla fine del 1800 stabilirono l’importanza dei microbi per l’uomo. Come affermato nella sezione di background storico, la ricerca di questi scienziati ha fornito prove per la teoria germinale della malattia e la teoria germinale della fermentazione. Fu nei loro laboratori che furono ideate tecniche per l’esame microscopico di campioni, la coltura di microbi (in crescita) in laboratorio, l’isolamento di culture pure da popolazioni di culture miste e molte altre manipolazioni di laboratorio. Queste tecniche, originariamente utilizzate per lo studio dei batteri, sono state modificate per lo studio di tutti i microrganismi—da qui il passaggio dalla batteriologia alla microbiologia.

Gli organismi che costituiscono il mondo microbico sono caratterizzati come procarioti o eucarioti; tutti i batteri sono procarioti, cioè organismi unicellulari senza un nucleo legato alla membrana. Il loro DNA (il materiale genetico della cellula), invece di essere contenuto nel nucleo, esiste come un filo lungo e piegato senza una posizione specifica all’interno della cellula.

Fino alla fine degli anni 1970 era generalmente accettato che tutti i batteri fossero strettamente correlati nello sviluppo evolutivo. Questo concetto è stato messo in discussione nel 1977 da Carl R. Woese e coinvestigatori dell’Università dell’Illinois, la cui ricerca sull’RNA ribosomiale da un ampio spettro di organismi viventi ha stabilito che due gruppi di batteri si sono evoluti per vie separate da una forma ancestrale comune e antica. Questa scoperta ha portato alla creazione di una nuova terminologia per identificare i principali gruppi distinti di microbi—vale a dire, gli eubatteri (i batteri tradizionali o “veri”), gli archaea (batteri che divergevano da altri batteri in una fase precoce dell’evoluzione e sono distinti dagli eubatteri) e gli eukarya (gli eucarioti). Oggi gli eubatteri sono conosciuti semplicemente come i veri batteri (o batteri) e formano i batteri del dominio. Le relazioni evolutive tra i vari membri di questi tre gruppi, tuttavia, sono diventate incerte, poiché i confronti tra le sequenze di DNA di vari microbi hanno rivelato molte somiglianze sconcertanti. Di conseguenza, l’ascendenza precisa dei microbi di oggi è molto difficile da risolvere. Anche tratti ritenuti caratteristici di gruppi tassonomici distinti sono stati osservati inaspettatamente in altri microbi. Ad esempio, un ossidante ammoniaca anaerobico-l ‘ “anello mancante” nel ciclo globale dell’azoto—è stato isolato per la prima volta nel 1999. Questo batterio (un membro aberrante dell’ordine Planctomycetales) è stato trovato per avere strutture interne simili agli eucarioti, una parete cellulare con tratti archaean e una forma di riproduzione (in erba) simile a quella delle cellule di lievito.

I batteri hanno una varietà di forme, tra cui sfere, aste e spirali. Le singole celle variano generalmente in larghezza da 0,5 a 5 micrometri (µm; milionesimi di metro). Sebbene unicellulare, i batteri appaiono spesso in coppie, catene, tetradi (gruppi di quattro) o cluster. Alcuni hanno flagelli, strutture esterne a forma di frusta che spingono l’organismo attraverso mezzi liquidi; alcuni hanno capsula, un rivestimento esterno della cellula; alcuni producono spore—corpi riproduttivi che funzionano molto come i semi fanno tra le piante. Una delle principali caratteristiche dei batteri è la loro reazione alla macchia di gram. A seconda della composizione chimica e strutturale della parete cellulare, alcuni batteri sono gram-positivi, assumendo il colore viola della macchia, mentre altri sono gram-negativi.

Attraverso un microscopio gli archaea assomigliano molto ai batteri, ma ci sono importanti differenze nella loro composizione chimica, attività biochimiche e ambienti. Le pareti cellulari di tutti i veri batteri contengono la sostanza chimica peptidoglicano, mentre le pareti cellulari degli archeani mancano di questa sostanza. Molti archeani sono noti per la loro capacità di sopravvivere in un ambiente insolitamente duro, come alti livelli di sale o acido o alte temperature. Questi microbi, chiamati estremofili, vivono in luoghi come saline, piscine termali e bocche d’acqua profonda. Alcuni sono capaci di un’attività chimica unica—la produzione di gas metano da anidride carbonica e idrogeno. Gli archaea produttori di metano vivono solo in ambienti senza ossigeno, come il fango di palude o l’intestino di ruminanti come bovini e ovini. Collettivamente, questo gruppo di microrganismi mostra un’enorme diversità nei cambiamenti chimici che porta ai suoi ambienti.