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Il termine batteri è un nome volgare che designa alcuni organismi viventi microscopici e procarioti presenti in tutti gli ambienti. Molto spesso unicellulari, sono talvolta pluricellulari (generalmente filamentosi), la maggior parte delle specie batteriche non vive individualmente in sospensione, ma in comunità complesse aderenti a superfici all'interno di un gel mucoso ( biofilm ).
I batteri più grandi sono più di 2 micron e, fino all'inizio del XXI ° secolo, gli esperti credevano che il più piccolo misurato 0,2 micron , ma ci sono " ultramicrobactéries ".
I batteri hanno molte forme: sferiche ( conchiglie ), allungate oa bastoncino ( bacilli ) e più o meno a spirale. Lo studio dei batteri è la batteriologia , una delle tante branche della microbiologia .
Ci sono circa 10.000 specie conosciute fino ad oggi, ma la diversità effettiva del gruppo è probabilmente maggiore. La stima del numero di specie oscillerebbe tra 5 e 10 milioni.
I batteri sono onnipresenti e sono presenti in tutti i tipi di biotopi incontrati sulla Terra . Possono essere isolati dal suolo, acqua dolce, marina o salmastra, aria, profondità oceaniche, scorie radioattive, crosta terrestre, sulla pelle e nell'intestino di animali o umani. I batteri sono di notevole importanza nei cicli biogeochimici come il ciclo del carbonio e la fissazione dell'azoto dall'atmosfera.
Nel corpo umano vive un gran numero di batteri, di un ordine paragonabile alla quantità delle cellule che lo costituiscono, ma la massa di queste ultime è maggiore. La maggior parte di questi batteri sono innocui o benefici per il corpo. Tuttavia, ci sono molte specie patogene che causano molte malattie infettive .
I batteri possono essere di grande beneficio per l'uomo nei processi di trattamento delle acque reflue, nell'industria alimentare durante la produzione di yogurt o formaggio e nella produzione industriale di molti composti chimici.
I batteri sono microscopici, quindi sono visibili solo al microscopio . Antoine van Leeuwenhoek fu il primo ad osservare i batteri, usando un microscopio da lui realizzato, nel 1668 . Li chiamò "animalcules" e pubblicò le sue osservazioni in una serie di lettere che inviò alla Royal Society .
Nel XIX ° secolo, il lavoro di Louis Pasteur ha rivoluzionato batteriologia . Dimostrò nel 1859 che i processi di fermentazione sono causati da microrganismi e che la loro crescita non era dovuta a generazione spontanea . Ha anche dimostrato il ruolo dei microrganismi come agenti infettivi. Pasteur ha anche progettato terreni di coltura , processi per distruggere i microrganismi come l' autoclave e la pastorizzazione .
Il medico tedesco Robert Koch ei suoi collaboratori hanno perfezionato le tecniche di coltura di batteri su terreno solido. Robert Koch è uno dei pionieri della microbiologia medica , ha lavorato sul colera , la malattia dell'antrace e la tubercolosi . Dimostrò chiaramente che un batterio poteva essere l'agente responsabile di una malattia infettiva e propose una serie di postulati ( i postulati di Koch , usati ancora oggi) che confermano il ruolo eziologico di un microrganismo in una malattia. . Ha vinto il premio Nobel per la fisiologia o la medicina nel 1905 .
Se i batteri erano noti al XIX ° secolo, non vi era alcuna ulteriore trattamento antibatterico. Nel 1909 , Paul Ehrlich sviluppò un trattamento per la sifilide prima dell'uso della penicillina in terapia suggerito da Ernest Duchesne nel 1897 e studiato da Alexander Fleming nel 1929 . Ehrlich ricevette il Premio Nobel per il suo lavoro sull'immunologia nel 1908 e fu un pioniere nell'uso dei coloranti per rilevare e identificare i batteri, essendo il suo lavoro alla base della colorazione di Gram e della colorazione di Ziehl-Neelsen. .
I microbiologi Martinus Beijerinck e Sergei Winogradsky hanno avviato il primo lavoro in microbiologia ambientale ed ecologia microbica studiando le relazioni tra questi microrganismi all'interno delle comunità microbiche nel suolo e nell'acqua.
La parola "batteri" è apparsa per la prima volta con il microbiologo tedesco Christian Gottfried Ehrenberg nel 1838 . Questa parola deriva dal greco βακτηριον , che significa "bastone". Allo stesso tempo, Haeckel inventò il ramo Monera nel 1866 per riunire nel suo regno Protista tutti i microrganismi privi di struttura interna (pur escludendo i cianobatteri , allora classificati tra le piante). Ferdinand Cohn a sua volta usò il termine Bacteria come taxon nel 1870 e fu il primo a tentare di classificarli rigorosamente in base alla loro morfologia. Per Cohn, i batteri erano piante primitive prive di clorofilla. Seguendo il lavoro di Cohn, Haeckel ha rivisto la circoscrizione della sua "monera" per includere i cianobatteri. I termini "monera" e "batterio" divennero quindi sinonimi.
Nel 1938 Herbert Copeland elevò la monera al rango di regno, ad un livello ora pari ad animali, piante e protisti. Fu solo nel 1957 che André Lwoff distinse chiaramente i concetti di batteri e virus grazie ad argomenti biochimici e strutturali. Infine, Roger Stanier e Cornelis van Niel hanno definito rigorosamente per la prima volta nel 1962 il concetto di batterio per assenza di un organello di membrana (e in particolare di un vero nucleo, e quindi di mitosi).
Elenco alfabetico dei nomi volgari o volgari attestati in francese.
Nel 1977 , Carl Woese, grazie al suo lavoro sulla filogenesi molecolare, divise i procarioti in due domini : Eubatteri e Archebatteri ; li ha ribattezzati rispettivamente Bacteria e Archaea durante la revisione della sua nomenclatura nel 1990. La parola "batterio" riferendosi a tutti i procarioti prima del 1990, questa ridenominazione ha causato una certa ambiguità nell'uso di questo termine e n' non è stata quindi accettata da tutti biologi.
Alcuni biologi ritengono che questo tentativo di rinominare sia più propaganda (da parte di Carl Woese , per accreditare le sue idee) che scienza:
“ Pertanto la struttura, la crescita, la divisione e la genetica delle cellule archebatteriche sono rimaste fondamentalmente batteriche o procariotiche. Le prime affermazioni che gli archeobatteri sono una "terza forma di vita" oltre agli eucarioti e ai procarioti / batteri sono quindi falsificate, nonostante cambi di nome fuorvianti, confusi e puramente propagandistici che alcuni di noi non hanno mai accettato [...] ”
E più avanti nello stesso articolo:
“Le differenze tra archeobatteri ed eubatteri sono state grossolanamente esagerate . "
In un quadro kuhniano , la teoria dei tre domini che sta alla base di questo cambiamento di nomenclatura viene talvolta analizzata come un paradigma della moderna batteriologia , che spiegherebbe la resistenza (principalmente di natura sociologica) alla sua messa in discussione.
I batteri sono disponibili in un'ampia varietà di dimensioni e forme. Le cellule batteriche tipiche sono lunghe tra 0,5 e 5 µm , tuttavia, alcune specie come Thiomargarita namibiensis e Epulopiscium fishelsoni possono essere lunghe fino a 750 µm (0,75 mm ) e visibili a occhio nudo (vedi Batteri giganti ). Tra i batteri più piccoli, i micoplasmi misurano 0,3 µm , una dimensione paragonabile ad alcuni grandi virus.
La maggior parte dei batteri è sferica o a forma di bastoncino. Nel primo caso sono chiamati cardi (dal greco kókkos , grano) e nel secondo bacilli (dal latino baculus , bastone). Esistono anche forme intermedie: coccobacilli. Alcuni batteri a forma di bastoncino sono leggermente ricurvi come il Vibrio . Altri batteri sono elicoidali. Sono spirilla se la forma è invariabile e rigida, spirochete se l'organismo è flessibile e può cambiare forma. La grande diversità di forme è determinata dalla parete cellulare e dal citoscheletro . Diverse forme di batteri possono influenzare la loro capacità di acquisire nutrienti, attaccarsi alle superfici, nuotare nei liquidi e sfuggire alla predazione.
Molte specie batteriche possono essere osservate in forma unicellulare isolata mentre altre specie sono associate in coppia come la Neisseria o in catene, caratteristica degli Streptococchi . In questi casi, gli scafi si dividono lungo un unico asse e le cellule rimangono legate dopo la divisione. Alcuni gusci si dividono lungo un asse perpendicolare e si incastrano regolarmente per formare fogli. Altri si dividono in modo disordinato e formano grappoli come i membri del genere Staphylococcus che presentano un caratteristico grappolo d'uva. Altri batteri possono allungarsi e formare filamenti costituiti da diverse cellule come gli actinobatteri .
Nonostante la loro apparente semplicità, possono formare associazioni complesse. I sensori consentono loro di rilevare altri batteri o una superficie (che spesso induce un cambiamento nel comportamento in essa; quindi Pseudomonas aeruginosa diventa virulento e attiva i suoi geni di resistenza solo quando il suo "senso del tatto" lo informa che entra in contatto con una superficie; mucosa polmonare per esempio).
I cianobatteri formano catene chiamate tricomi dove le cellule sono a stretto contatto, attraverso scambi fisiologici. Alcuni batteri formano colonie che possono attaccarsi saldamente alle superfici. Questi “ biofilm ” sono una complessa disposizione di cellule e componenti extracellulari, che formano strutture secondarie come microcolonie, all'interno delle quali si forma una rete di canali che facilita la diffusione dei nutrienti.
Una caratteristica importante dei batteri è la parete cellulare . La parete dà forma al batterio e lo protegge dallo scoppio sotto l'effetto dell'altissima pressione osmotica del citosol . I batteri possono essere strutturalmente suddivisi in due gruppi: batteri con parete unimembrana (contenente una sola membrana, la membrana plasmatica , vedi Unimembrana ) e batteri con parete bimembrana (costituiti da due membrane sovrapposte, la membrana interna e la membrana esterna , vedi Negibatteri ). La colorazione di Gram è un criterio empirico, anche se imperfetto, per determinare la struttura della parete cellulare batterica.
Alcuni organelli extracellulari come flagelli o peli possono essere incorporati nella parete cellulare. Alcuni batteri possono formare sottili strati esterni della parete cellulare, solitamente costituiti principalmente da polisaccaridi (zuccheri). Altri batteri stessi possono avvolgere in uno strato proteina chiamata il livello di S .
Come procariote (organismo senza nucleo), i batteri sono cellule relativamente semplici, caratterizzate dall'assenza di un nucleo e di organelli come mitocondri e cloroplasti , né hanno un reticolo endoplasmatico o un apparato di Golgi .
Il metabolismo di una cellula è l'insieme delle reazioni chimiche che avvengono in questa cellula. Per eseguire questo processo, i batteri, come tutte le altre cellule, hanno bisogno di energia. L'ATP è la fonte universale di energia biochimica, comune a tutte le forme di vita, ma le reazioni di ossidoriduzione coinvolte nella sua sintesi sono molto varie a seconda degli organismi e in particolare dei batteri.
I batteri vivono praticamente in tutte le nicchie ambientali della biosfera. Possono quindi utilizzare una varietà molto ampia di carbonio e/o fonte di energia.
I batteri possono essere classificati in base al loro tipo di metabolismo, a seconda delle fonti di carbonio e di energia utilizzate per la crescita, donatori di elettroni e accettori di elettroni.
Classe dei requisiti | Natura del bisogno | tipo trofico |
---|---|---|
Fonte di carbonio | CO2 | autotrofi |
Composto organico | eterotrofi | |
Substrato energetico
(donatore di elettroni) |
Minerale | litotrofo |
Organico | organotrofi | |
Fonte di energia | Leggero | fototrofi |
Ossidazione biochimica | Chemiotrofi |
L'energia cellulare dei chemiotrofi è di origine chimica mentre quella dei fototrofi è di origine luminosa. La fonte di carbonio per gli autotrofi è l'anidride carbonica, mentre i substrati organici sono la fonte di carbonio per gli eterotrofi. È inoltre possibile distinguere due possibili sorgenti di protoni ( H + ) ed elettroni ( e- ): i batteri che riducono i composti minerali sono litotrofi mentre quelli che riducono le sostanze organiche sono gli organotrofi.
Ogni organismo vivente svolge costantemente numerose reazioni chimiche volte a costruire le biomolecole essenziali alla vita, e in particolare lipidi, proteine, acidi nucleici e saccaridi. Queste reazioni sono possibili solo grazie all'energia accumulata a seguito di altre reazioni chimiche. Il metabolismo di un batterio è l'insieme delle reazioni chimiche che avvengono nella cellula batterica. Il fabbisogno energetico dei batteri può essere soddisfatto da due meccanismi:
I batteri hanno generalmente un singolo cromosoma circolare (ma ci sono eccezioni) che trasportano la maggior parte dei geni . Alcuni geni aventi particolari funzioni (resistenza ad un antibiotico, predatore, adattamento fisiologico all'ambiente, ecc.) sono però localizzati su piccole sezioni circolari libere di DNA chiamate plasmidi .
C'è una grande diversità di metabolismo rispetto agli eucarioti . Inoltre, la fototrofia e l'autotrofia negli eucarioti sono sempre il risultato di una simbiosi con batteri (alcuni licheni ad esempio) e/o di una simbiogenesi che coinvolge un cianobatterio ( cloroplasto ).
Fonte del materiale: eterotrofia vs autotrofia
Fonte di energia: fototrofia vs chemiotrofia
I batteri, insieme ad altri microrganismi , svolgono un ruolo molto importante nell'equilibrio biologico esistente sulla superficie della Terra . Colonizzano tutti gli ecosistemi e sono fonte di trasformazioni chimiche fondamentali durante i processi biogeochimici responsabili del ciclo degli elementi sul pianeta.
Una popolazione di batteri può comportarsi in modo coordinato attraverso la messaggistica molecolare, il quorum sensing .
All'interno dei biofilm, vengono stabilite relazioni tra i batteri, che portano a una risposta cellulare integrata. Le molecole di comunicazione cellulare o "lang" sono o lattoni omoserina per batteri Gram-negativi o peptidi brevi per batteri Gram-positivi . Inoltre, all'interno di biofilm consolidati, le caratteristiche fisico-chimiche ( pH , ossigenazione, metaboliti ) possono essere dannose per un buon sviluppo batterico e costituire quindi condizioni di stress. I batteri mettono in atto risposte allo stress che si adattano a queste condizioni sfavorevoli. In generale, le risposte allo stress rendono i batteri più resistenti a qualsiasi forma di distruzione da parte di agenti meccanici o molecole biocide .
Lo studio dei canali ionici batterici ha permesso a un team di ricercatori di dimostrare, nel 2015, una sincronizzazione del metabolismo di alcuni batteri all'interno delle comunità di biofilm batterici da parte di ondate di ioni potassio . Questi derivano da un ciclo di feedback positivo, in cui un trigger metabolico induce il rilascio di ioni potassio intracellulari, che a sua volta depolarizza i batteri vicini. Questa ondata di depolarizzazione coordina gli stati metabolici tra i batteri all'interno e alla periferia del biofilm. La soppressione o il blocco dell'attività dei canali del potassio sopprime questa risposta.
Le acque naturali come le acque marine ( oceani ) o le acque dolci ( laghi , stagni , stagni , fiumi , ecc.) sono habitat microbici molto importanti. La materia organica in soluzione e i minerali disciolti consentono lo sviluppo dei batteri. I batteri partecipano in questi ambienti all'autodepurazione dell'acqua. Sono anche preda di protozoi . I batteri che compongono il plancton negli ambienti acquatici sono chiamati batterioplancton .
Ci sono circa quaranta milioni di cellule batteriche in un grammo di terreno e un milione di cellule batteriche in un millilitro di acqua dolce. Si stima che ci sarebbe (in un dato momento) da quattro a sei quintilioni ( 4 × 10 30 a 6 × 10 30 ), o da quattro a sei trilioni di miliardi di miliardi di miliardi di batteri in tutto il mondo, che rappresenta una gran parte delle mondo biomassa . Tuttavia, un gran numero di questi batteri non è stato ancora caratterizzato perché non possono essere coltivati in laboratorio.
Il suolo è composto da sostanze minerali provenienti dall'erosione delle rocce e da sostanze organiche ( humus ) provenienti dalla parziale decomposizione delle piante . La flora microbica è molto varia. Comprende batteri, funghi , protozoi , alghe , virus , ma i batteri sono quantitativamente i rappresentanti più importanti. Possiamo trovare tutti i tipi di batteri, autotrofi , eterotrofi , aerobi , anaerobi , mesofili , psicrofili , termofili . Proprio come i funghi, alcuni batteri sono in grado di abbattere sostanze insolubili di origine vegetale come la cellulosa , la lignina , ridurre i solfati , ossidare lo zolfo , fissare l' azoto atmosferico e produrre nitrati . I batteri svolgono un ruolo nel ciclo dei nutrienti dei terreni, e sono particolarmente in grado di fissare l'azoto . Hanno quindi un ruolo nella fertilità del suolo per l' agricoltura . I batteri abbondano nelle radici delle piante con cui vivono in mutualismo .
A differenza degli ambienti acquatici, l'acqua non è sempre disponibile nei suoli. I batteri hanno implementato strategie per adattarsi ai periodi di siccità. Gli Azotobacter producono cisti , Clostridium e Bacillus di endospore o altre spore negli Actinomiceti .
Nel sottosuolo, nell'acqua o in cavità umide, i batteri colonizzano inevitabilmente le gallerie minerarie, i pozzi minerari e i loro dintorni fagliati o scavati, anche nei centri di stoccaggio sotterranei; a volte si trovano a grande profondità nel sottosuolo, anche nelle risorgive di pozzi d'acqua o di petrolio. Anche qui possono modificare il loro ambiente, essere una fonte di CO 2o metano, acidificazione, corrosione, metilazione , putrefazione e/o interagiscono con falde acquifere, determinati metalli o materiali di contenimento (Rizlan Bernier-Latmani sta conducendo una campagna sperimentale su questo argomento a centinaia di metri di profondità, nel laboratorio del Mont Terri , vicino a Saint -Ursanne nel Giura , dove si sta studiando l'importanza della roccia argillosa per lo stoccaggio geologico delle scorie nucleari ).
I batteri possono essere trovati anche in ambienti più estremi. Sono chiamati estremofili . I batteri alofili si trovano nei laghi salati, i batteri psicrofili sono isolati da ambienti freddi come gli oceani artico e antartico , banchi di ghiaccio . I batteri termofili sono isolati da sorgenti termali o bocche idrotermali .
I batteri viventi più antichiNel 2007, la perforazione nel permafrost della Siberia nord-orientale , del Canada nord-occidentale e dell'Antartico ha permesso agli scienziati dell'Università della California guidati dal professor Eske Willerslev (in) ( Università di Copenaghen ) di scoprire batteri ancora vivi e circa 500.000 anni. I ricercatori hanno mostrato in questi batteri segni di riparazione del DNA combinati con uno stato di dormienza inferiore all'attività metabolica necessaria per mantenere la riparazione del DNA a un livello basso.
Nel 2000, un team scientifico ha annunciato di aver scoperto un batterio che era rimasto dormiente in un cristallo di sale per 250 milioni di anni. Molti scienziati sono molto riservati nei confronti di questo risultato, che sarebbe dovuto piuttosto ad una recente colonizzazione del cristallo.
Rimani nello spazioNello spazio, i batteri diventerebbero quasi tre volte più virulenti. Almeno questo è il caso della Salmonella typhimurium, un batterio responsabile dell'intossicazione alimentare. Hanno fatto un viaggio a bordo della navetta Atlantis nel 2006. Al loro ritorno, i batteri che erano stati tenuti in un contenitore sigillato sono stati trasmessi ai topi. Ci è voluto solo un terzo della dose abituale per uccidere la metà del gruppo di topi che era stato infettato.
Cerca batteri extraterrestriAttualmente stiamo cercando di scoprire se c'era vita batterica sul pianeta Marte . Alcuni elementi di analisi del suolo marziano sembrano muoversi in questa direzione, e l'abbondante presenza di acqua su Marte un tempo avrebbe potuto costituire un terreno estremamente favorevole per lo sviluppo della vita batterica, se si fosse manifestata. Se la cosa dovesse essere confermata, sarebbe un elemento importante a favore dell'ipotesi di panspermia . Ricercatori scozzesi hanno scoperto nel giugno 2017 che il suolo a marzo ha eliminato tutti i batteri. È l'interazione tra radiazioni ultraviolette, sostanze ossidanti nel suolo di Marte e soprattutto perclorati che conferisce alla superficie del Pianeta Rosso la sua capacità di eliminare tutti i batteri. Altre ricerche sono interessate anche ai ghiacci della luna gioviana d' Europa che ospitano acqua liquida sotto la loro superficie.
Nonostante la loro apparente semplicità, i batteri possono mantenere associazioni complesse con altri organismi. Queste associazioni possono essere classificate in parassitismo , mutualismo e commensalismo . A causa delle loro piccole dimensioni, i batteri commensali sono onnipresenti e si trovano sulla superficie e all'interno di piante e animali.
Nel terreno, i batteri della rizosfera (strato di terreno attaccato alle radici delle piante) fissano l' azoto e producono composti azotati utilizzati dalle piante (esempio dei batteri Azotobacter o Frankia ). In cambio, la pianta espelle zuccheri, amminoacidi e vitamine alle radici che stimolano la crescita dei batteri. Altri batteri come il Rhizobium sono associati alle leguminose a livello dei noduli sulle radici.
Ci sono molte relazioni simbiotiche o mutualistiche dei batteri con gli invertebrati . Ad esempio, gli animali che prosperano vicino alle bocche idrotermali sul fondo dell'oceano come i vermi tubicoli Riftia pachyptila , le cozze Bathymodiolus o i gamberetti Rimicaris exoculata vivono in simbiosi con batteri chemilito-autotrofi.
Buchnera è un endosimbionte degli afidi (afide). Vive all'interno delle cellule dell'insetto e gli fornisce aminoacidi essenziali. I batteri Wolbachia sono alloggiati nei testicoli o nelle ovaie di alcuni insetti. Questo batterio può controllare le capacità riproduttive del suo ospite.
I batteri sono associati alle termiti e forniscono loro fonti di azoto e carbonio.
I batteri che colonizzano il rumine degli erbivori consentono la digestione della cellulosa da parte di questi animali. La presenza di batteri negli articoli intestino umani alla digestione del cibo, ma i batteri producono anche vitamine come l'acido folico , vitamina K e biotina .
I batteri colonizzano il raccolto di un uccello che si nutre di foglie, l' Hoazin ( Opisthocomus hoazin ). Questi batteri consentono la digestione della cellulosa nelle foglie, allo stesso modo del rumine dei ruminanti.
I batteri bioluminescenti come Photobacterium sono spesso associati a pesci o invertebrati marini. Questi batteri sono alloggiati in organi specifici nei loro ospiti ed emettono luminescenza grazie ad una particolare proteina: la luciferasi . Questa luminescenza viene utilizzata dall'animale durante vari comportamenti come la riproduzione, l'attrazione delle prede o la deterrenza dei predatori.
Nel corpo umanoUn gran numero di batteri vive nel corpo umano, approssimativamente tanti, se non di più, delle sue cellule costituenti, tuttavia la loro massa rimane minuscola in confronto.
I calcoli danno risultati diversi per quanto riguarda il loro numero. Secondo alcune stime, 10 12 batteri colonizzano la pelle, 10 10 batteri colonizzano la bocca e 10 14 batteri abitano l'intestino. Ulteriori calcoli, effettuati dai ricercatori dell'Istituto Weizmann , indicano che ci sono più cellule batteriche (~ 40 × 10 12 ) che cellule umane (~ 30 × 10 12 ) nel corpo umano.
La maggior parte di questi batteri sono innocui o benefici per il corpo. Tuttavia, ci sono molte specie patogene all'origine di molte malattie infettive come il colera , la sifilide , la peste , l' antrace , la tubercolosi .
Molto spesso, le malattie batteriche mortali sono infezioni respiratorie: la sola tubercolosi uccide circa due milioni di persone all'anno, soprattutto nell'Africa subsahariana . I batteri possono causare problemi respiratori o intestinali mentre altri possono essere responsabili dell'infezione di una ferita. Le infezioni batteriche possono essere trattate con antibiotici , che molto spesso inibiscono una delle loro funzioni vitali (ad esempio, la penicillina blocca la sintesi della parete cellulare).
I batteri patogeni sono responsabili delle malattie umane e causano infezioni. Gli organismi infettivi possono essere distinti in tre tipi: patogeni obbligati, accidentali o opportunistici.
Un patogeno obbligato non può sopravvivere separato dal suo ospite. I batteri patogeni obbligatori, Corynebacterium diphtheria provoca la difterite , Treponema pallidum è l'agente della sifilide , Mycobacterium tuberculosis provoca la tubercolosi , Mycobacterium leprae, la lebbra , Neisseria gonorrhoeae la gonorrea . Le Rickettsie che causano il tifo sono batteri parassiti intracellulari.
Un agente patogeno accidentale presente in natura può infettare l'uomo in determinate condizioni. Ad esempio, il Clostridium tetani provoca il tetano entrando in una ferita. Vibrio cholerae provoca il colera a causa del consumo di acqua contaminata.
Un patogeno opportunista infetta individui debilitati o affetti da un'altra malattia. Batteri come Pseudomonas aeruginosa , specie di flora normale, come lo Staphylococcus della flora cutanea, possono diventare patogeni opportunisti in determinate condizioni. Questo tipo di infezione si riscontra soprattutto negli ospedali.
La capacità di un batterio di causare malattie è la sua patogenicità. L'intensità della patogenicità è la virulenza . L'esito della relazione batterio-ospite e il decorso della malattia dipendono dal numero di batteri patogeni presenti nell'ospite, dalla virulenza di questo batterio, dalle difese dell'ospite e dal suo grado di resistenza.
Per iniziare una malattia, i batteri infettivi devono prima entrare nel corpo e aderire ai tessuti . I fattori di adesione consentono ai batteri di attaccarsi a una cellula . Il potere invasivo è la capacità dei batteri di diffondersi e moltiplicarsi nei tessuti dell'ospite, sia per un processo di endocitosi che ne consenta la penetrazione intracellulare, sia per alcuni batteri che passano tra le cellule delle mucose per colonizzare la lamina sottostante propria . I batteri possono produrre sostanze litiche che consentono loro di diffondersi nei tessuti. Alcuni batteri mostrano anche potere tossinogeno, che è la capacità di produrre tossine , sostanze chimiche che danneggiano l'ospite. Possiamo distinguere tra esotossine rilasciate durante la moltiplicazione dei batteri ed endotossine fissate nella membrana dei batteri.
I batteri patogeni che tentano di invadere un ospite, tuttavia, incontrano molti meccanismi di difesa che forniscono al corpo protezione contro le infezioni. Una buona alimentazione e una corretta igiene della vita costituiscono la prima protezione. La pelle e le mucose costituiscono una prima linea di difesa contro la penetrazione di organismi patogeni. Anche i batteri della flora normale costituiscono una barriera protettiva. Quando un microrganismo è penetrato in queste prime linee di difesa, incontra cellule specializzate che si mobilitano contro l'invasione: sono i fagociti . L' infiammazione è una risposta difensiva non specifica. Un secondo sistema di difesa molto efficace è il sistema immunitario specifico, in grado di riconoscere gli antigeni veicolati o secreti dai batteri, e di sviluppare anticorpi e cellule immunitarie specifiche per questi antigeni.
In ambiente ospedaliero, il personale infermieristico deve seguire protocolli di protezione (indossare camice, guanti, occhiali in chirurgia, ecc.). In caso di contatto con un elemento a rischio (sangue, liquido, ecc.), il personale infermieristico deve tassativamente lavarsi le mani con un disinfettante e igienizzante il prima possibile.
Per le pianteI batteri patogeni per le piante sono noti al pubblico per la loro responsabilità nella devastazione delle colture agricole. Nel 2001, i frutteti nel sud della Francia sono stati vittime di un'ondata di infezione da un batterio del genere Xanthomonas .
Nella biotecnologia vegetale , il batterio del suolo, Agrobacterium tumefaciens , viene utilizzato per la sua capacità di trasmettere un frammento di DNA alla pianta bersaglio durante il suo ciclo infettivo.
I procarioti sono strumenti importanti nel campo del biorisanamento: gli organismi vengono utilizzati per rimuovere gli inquinanti dal suolo, dall'acqua e dall'aria. Esempio: gli Archaea scompongono la materia organica nelle acque reflue per trasformarla in una sostanza che può essere utilizzata come fertilizzante. Nell'industria mineraria, i procarioti aiutano a rimuovere i metalli dal minerale. L'utilità dei procarioti deriva in gran parte dalla diversità delle loro forme di nutrizione e metabolismo.
L'origine della microbiologia industriale risale alla preistoria . Le prime civiltà usavano inconsapevolmente i microrganismi per produrre bevande alcoliche , pane e formaggio .
Batteri come Lactobacillus , Lactococcus o Streptococcus , uniti a lieviti e muffe, sono coinvolti nella preparazione di cibi fermentati come formaggi , yogurt , birra , vino , salsa di soia , aceto , crauti .
Batteri acetici ( Acetobacter , Gluconobacter ) possono produrre acido acetico da etanolo . Si trovano nei succhi alcolici e vengono utilizzati nella produzione dell'aceto . Vengono inoltre sfruttate per la produzione di acido ascorbico ( vitamina C ) dal sorbitolo trasformato in sorbosio .
La capacità dei batteri eterotrofi di degradare un'ampia varietà di composti organici viene sfruttata nei processi di trattamento dei rifiuti come il biorisanamento o il trattamento delle acque reflue. I batteri vengono utilizzati anche nelle fosse settiche per purificarli. I batteri in grado di degradare gli idrocarburi del petrolio possono essere utilizzati per pulire una fuoriuscita . Il processo di pulizia degli ambienti inquinati da microrganismi è il biorisanamento .
I batteri possono essere utilizzati per recuperare metalli di interesse economico dai minerali. È bioleaching . L'attività dei batteri viene così sfruttata per il recupero del rame.
I batteri possono essere utilizzati al posto dei pesticidi nel controllo biologico per il controllo dei parassiti delle piante. Ad esempio, Bacillus thuringiensis produce una proteina Bt che è tossica per alcuni insetti . Questa tossina viene utilizzata in agricoltura per combattere gli insetti che si nutrono di piante .
Grazie alla loro capacità di moltiplicarsi rapidamente e alla loro relativa facilità di manipolazione, alcuni batteri come l' Escherichia coli sono strumenti ampiamente utilizzati in biologia molecolare , genetica e biochimica . Gli scienziati possono determinare la funzione di geni , enzimi o identificare le vie metaboliche necessarie per la comprensione fondamentale degli esseri viventi e anche consentire l' implementazione di nuove applicazioni nella biotecnologia .
Molti enzimi utilizzati in vari processi industriali sono stati isolati da microrganismi. Gli enzimi detergenti sono proteasi di alcuni ceppi di Bacillus . Di amilasi in grado di idrolizzare l'amido sono ampiamente utilizzati nell'industria alimentare. La Taq polimerasi utilizzata nelle reazioni a catena della polimerasi ( PCR ) per l'amplificazione del DNA proviene da un batterio termofilo Thermus aquaticus .
I batteri geneticamente modificati sono ampiamente utilizzati nella produzione di prodotti farmaceutici. È il caso, ad esempio, dell'insulina , dell'ormone della crescita , di alcuni vaccini , degli interferoni, ecc. Alcuni batteri come lo Streptomyces sono ampiamente utilizzati per la produzione di antibiotici .
Alcuni batteri possono causare la degradazione delle piante ( biocorrosione ), in particolare i batteri che riducono i solfati .
L'opera teatrale Bílá nemoc ( La malattia bianca ) dello scrittore cecoslovacco Karel Čapek , pubblicata nel 1937, descrive un'epidemia di morbus chengi , una malattia simile alla lebbra che colpisce solo le persone di età superiore ai 45 anni, che uccide in 3-5 mesi . Di fronte al pericolo per la popolazione, il governo dittatoriale pensa solo a trarre profitto dalla malattia per fini politici.
Il romanzo di fantascienza The Andromeda Variety dello scrittore americano Michael Crichton , pubblicato nel 1969, immagina l'arrivo sulla Terra di un batterio extraterrestre portato da un asteroide e che scatena reazioni letali negli esseri umani.