crescita microbica, nutrizione e terreni di coltura

Question 1

Cosa si intende per “crescita microbica”?

Answer 1

Aumento del numero di cellule in una popolazione.

Question 2

Qual è il metodo di duplicazione più comune per la maggior parte dei microrganismi?

Answer 2

La scissione binaria.

Question 3

Descrivi brevemente il processo di scissione binaria.

Answer 3

Una cellula microbica replica il suo cromosoma, aumenta la sua massa, si forma un setto di divisione cellulare e si separano i due cromosomi, portando alla formazione di due cellule figlie identiche alla cellula madre.

Question 4

Come si moltiplicano generalmente i lieviti? Qual è un’eccezione menzionata?

Answer 4

Generalmente per gemmazione. Un’eccezione è Schizosaccharomyces pombe che si moltiplica per scissione binaria.

Question 5

Cos’è il “tempo di generazione” o “tempo di duplicazione”?

Answer 5

: Il tempo necessario ad una popolazione di una o più cellule per duplicarsi (raddoppiare il numero di cellule).

Question 6

Qual è la formula matematica che esprime la moltiplicazione esponenziale?

Answer 6

N_t = N₀ × 2ⁿ (dove N_t è il numero di cellule al tempo t, N₀ è il numero iniziale di cellule, e n è il numero di generazioni).

Question 7

Come si calcola il tempo di generazione ‘g’ e la velocità di crescita ‘K’?

Answer 7

g = t/n (tempo trascorso / numero di generazioni); K = n/t (numero di generazioni / unità di tempo).

Question 8

Perché si utilizza una scala logaritmica per rappresentare la curva di crescita batterica?

Answer 8

: Per linearizzare la fase di crescita esponenziale, rendendo più facile ottenere informazioni sulla cinetica di crescita.

Question 9

Quali sono le quattro fasi della curva di crescita microbica in un sistema chiuso (batch)?

Answer 9

Fase di latenza (fase lag), fase esponenziale (logaritmica), fase stazionaria, fase di morte.

Question 10

Cosa caratterizza la “fase di latenza” (fase lag)?

Answer 10

È una fase di adattamento alle condizioni di crescita in cui il numero di cellule resta costante nel tempo (equilibrio dinamico). La sua durata dipende da vari fattori come le differenze ambientali, la temperatura e lo stato fisiologico delle cellule.

Question 11

Cosa caratterizza la “fase esponenziale”?

Answer 11

: Le cellule si riproducono con un tempo di generazione costante e alla massima velocità possibile per quella specie in quelle condizioni. Il numero di cellule aumenta in maniera esponenziale.

Question 12

Quali sono le cause principali dell’inizio della “fase stazionaria”?

Answer 12

: Insorgenza di fattori limitanti (es. esaurimento nutrienti), accumulo di sostanze di rifiuto (metaboliti tossici), elevata densità cellulare.

Question 13

: Cosa avviene durante la “fase di morte”?

Answer 13

Il numero di cellule vitali diminuisce nel tempo, a volte si può assistere anche alla lisi cellulare.

Question 14

Cos’è la “crescita diauxica”?

Answer 14

È una crescita che avviene quando sono presenti due diverse fonti di carbonio organico (es. glucosio e lattosio) con diversa affinità. Si osservano due distinte fasi di crescita esponenziale separate da una fase di stasi, durante la quale il microrganismo si adatta a metabolizzare il secondo zucchero.

Question 15

Cos’è un “chemostato” e quale vantaggio offre rispetto a una coltura batch?

Answer 15

È un sistema di coltura continua che permette di mantenere le cellule indefinitamente in fase esponenziale, apportando nutrienti freschi e rimuovendo prodotti di scarto e cellule, mantenendo una velocità di crescita costante.

Question 16

Quali sono i principali elementi chimici che compongono la sostanza organica delle cellule viventi?

Answer 16

Carbonio (costituisce circa il 50% del peso secco), Idrogeno, Ossigeno, Azoto, Fosforo e Zolfo (questi 6 costituiscono circa il 95% del peso secco).

Question 17

Come si classificano i microrganismi in base alla fonte di energia?

Answer 17

Fototrofi (energia dalla luce) e Chemiotrofi (energia dall’ossidazione di composti chimici).

Question 18

Come si suddividono ulteriormente i Chemiotrofi?

Answer 18

Chemioorganotrofi (donatori di elettroni organici) e Chemiolitotrofi (donatori di elettroni inorganici).

Question 19

Come si classificano i microrganismi in base alla fonte di carbonio?

Answer 19

Autotrofi (usano CO₂ come fonte di carbonio) ed Eterotrofi (richiedono fonti organiche di carbonio precostituite).

Question 20

Definisci “organismi chemioeterotrofi” e indica la loro rilevanza alimentare.

Answer 20

Usano molecole chimiche organiche sia come fonte di carbonio che come fonte di energia. Sono organismi di interesse alimentare.

Question 21

Cos’è un “terreno di coltura”?

Answer 21

Un mezzo nel quale (liquido) o sul quale (solido) può avvenire lo sviluppo e la crescita in vitro di un microrganismo; una miscela di composti capace di fornire un ambiente adatto alla crescita.

Question 22

Elenca almeno 5 sostanze di base che possono comporre un terreno di coltura e la loro funzione.

Answer 22

Fonte di energia, fonte di azoto e aminoacidi, sali, fattori di crescita, agenti selettivi, sostanza gelificante (Agar), indicatori, acqua.

Question 23

Cosa sono i “macronutrienti” in un terreno di coltura? Fai alcuni esempi.

Answer 23

Elementi richiesti in quantità relativamente grandi, come carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo.

Question 24

Cosa sono i “fattori di crescita”? Chi ne ha bisogno?

Answer 24

Composti organici indispensabili che la cellula non riesce a sintetizzare autonomamente (es. aminoacidi, vitamine). Sono richiesti dai microrganismi auxotrofi.

Question 25

Quali sono i due principali stati fisici dei terreni di coltura? Cosa si usa per solidificare un terreno?

Answer 25

Liquidi (brodi) e solidi. Per solidificare si usa comunemente l'agar.

Question 26

Perché l'agar è un buon agente solidificante per i terreni microbiologici?

Answer 26

Sciolto, rimane liquido fino a circa 45°C, non è utilizzato come nutriente dalla maggioranza dei microrganismi, e la sua consistenza permette la formazione di colonie separate.

Question 27

Qual è la differenza tra terreni chimicamente "definiti" (sintetici) e "non definiti" (complessi/ricchi)?

Answer 27

I terreni definiti hanno una composizione chimica nota (es. terreni minimi). I terreni non definiti contengono estratti (es. di lievito, carne) la cui composizione esatta e concentrazione non sono note.

Question 28

Qual è la funzione dei "terreni selettivi"? Fai un esempio.

Answer 28

Consentono la crescita solo di particolari microrganismi inibendone altri. Esempio: MRS agar per batteri lattici (contiene sodio acetato).

Question 29

Qual è la funzione dei "terreni discriminativi" o "differenziali"?

Answer 29

Permettono di distinguere microrganismi diversi mettendone in luce caratteristiche morfologiche o fisiologiche (es. tramite indicatori di pH).

Question 30

Descrivi un esempio di terreno che è sia selettivo che differenziale.

Answer 30

Mannitol Salt Agar: è selettivo per la presenza di alta concentrazione di NaCl (inibisce molti batteri tranne gli stafilococchi) ed è differenziale perché permette di distinguere Staphylococcus aureus (fermenta il mannitolo, viraggio dell'indicatore a giallo) da altri stafilococchi non fermentanti. Oppure Salmonella-Shigella Agar (SS-agar) che inibisce Gram-positivi e molti Gram-negativi (selettivo) e differenzia Salmonella (colonie nere per produzione H2S) da Shigella e altri.

Question 31

Quali sono i passaggi fondamentali per la preparazione dei terreni di coltura?

Answer 31

: Pesare i componenti, scioglierli in acqua distillata, sterilizzare (es. in autoclave a 121°C o per ebollizione se termosensibili), e versare in contenitori sterili (es. piastre Petri) in condizioni asettiche (es. sotto cappa a flusso laminare).

Question 32

È sempre vantaggioso preparare un terreno il più ricco possibile di nutrienti? Perché?

Answer 32

No, perché molti nutrienti a concentrazioni elevate possono diventare inibitori o tossici, e le attività metaboliche della popolazione possono modificare l'ambiente rendendolo inospitale. Inoltre, un terreno troppo ricco riduce la selettività.

Question 34

Cosa si intende per crescita microbica e qual è il suo risultato fondamentale?

Answer 34

Per crescita microbica si intende l'aumento del numero di cellule in una popolazione. È il risultato della divisione cellulare, attraverso la quale una specie microbica può perpetuarsi.

Question 35

Qual è il meccanismo di duplicazione più comune per i microrganismi?

Answer 35

La maggior parte dei microrganismi si duplica per scissione binaria, un processo in cui da una cellula se ne formano due.

Question 36

Descrivi i passaggi chiave della scissione binaria.

Answer 36

Una cellula microbica replica il suo cromosoma e aumenta la sua massa (allungamento della cellula). Successivamente, si forma un setto di divisione cellulare e i due cromosomi si separano, accompagnati dalla neosintesi di membrana citoplasmatica e di parete.

Question 37

Come si moltiplicano generalmente i lieviti, e qual è un'eccezione nota?

Answer 37

I lieviti generalmente si moltiplicano per gemmazione, dove dalla cellula madre si forma una protuberanza che, dopo la mitosi e la migrazione di un nucleo, si stacca generando una cellula figlia più piccola ma geneticamente identica. Un'eccezione è Schizosaccharomyces pombe che si divide per scissione binaria.

Question 38

Cos'è il tempo di generazione (o tempo di duplicazione) e da cosa dipende?

Answer 38

È il tempo necessario affinché una popolazione di una o più cellule si duplichi. Dipende dal tipo di microorganismo e dalle condizioni di crescita (temperatura, nutrienti, pH). A condizioni ambientali costanti, il tempo di generazione è costante.

Question 39

Come risponde la moltiplicazione microbica in una coltura sincrona e qual è la formula che la descrive?

Answer 39

La moltiplicazione microbica in coltura sincrona risponde alle leggi della moltiplicazione esponenziale. La formula è Nt = N0 x 2^n, dove Nt è il numero di cellule al tempo t, N0 è il numero di cellule al tempo 0, ed n è il numero di generazioni.

Question 40

Come si calcola il tempo di generazione (g) e la velocità di crescita (K)?

Answer 40

Il tempo di generazione g = t/n (tempo trascorso / numero di generazioni). La velocità di crescita K = n/t (numero di generazioni / unità di tempo). Queste equazioni sono valide per cellule in attiva moltiplicazione per scissione binaria (fase esponenziale).

Question 41

Perché si utilizza una scala logaritmica per rappresentare la crescita microbica e qual è la relazione matematica derivata?

Answer 41

Si usa una scala logaritmica perché la fase di crescita esponenziale appare come una linea retta, facilitando l'analisi. Lavorando col logaritmo, si ottiene: log Nt = log N0 + n * log 2. Poiché log 2 ≈ 0.301, il numero di generazioni (n) è (log Nt - log N0) / 0.301.

Question 42

Quali sono le quattro fasi della curva di crescita microbica in un sistema chiuso (batch)?

Answer 42

Le quattro fasi sono: fase di latenza (o fase lag), fase esponenziale (o logaritmica), fase stazionaria e fase di morte.

Question 43

Descrivi la fase di latenza (fase lag) della curva di crescita.

Answer 43

È una fase di adattamento alle condizioni di crescita in cui il numero di cellule resta costante (equilibrio dinamico). La sua durata dipende da vari fattori, tra cui le differenze tra ambiente di provenienza e di sviluppo, temperatura, età e stato fisiologico delle cellule, e numero iniziale di cellule.

Question 44

Descrivi la fase esponenziale della curva di crescita.

Answer 44

È la fase in cui le cellule si riproducono con un tempo di generazione costante (velocità di crescita costante), e il numero di cellule aumenta esponenzialmente alla massima velocità possibile per quella specie in quelle condizioni.

Question 45

Descrivi la fase stazionaria della curva di crescita e le sue cause.

Answer 45

È la fase in cui il numero di cellule raggiunto non aumenta nel tempo (plateau). Si instaura un equilibrio dinamico tra cellule che si duplicano e cellule che muoiono. Le cause includono l'esaurimento dei nutrienti, l'accumulo di metaboliti tossici, e l'elevata densità cellulare. È uno stato fisiologico complesso con cambiamenti metabolici adattativi.

Question 46

Descrivi la fase di morte della curva di crescita.

Answer 46

È la fase in cui il numero di cellule vitali diminuisce nel tempo, in un processo inverso alla crescita, che può includere anche la lisi cellulare.

Question 47

Cos'è la crescita diauxica e quando si verifica?

Answer 47

È un tipo di crescita che avviene quando in un sistema chiuso sono presenti due diverse fonti di carbonio organico (es. glucosio e lattosio) con diversa affinità per il microorganismo. Si osservano due fasi di crescita esponenziale separate da una fase di stasi, durante la quale il microorganismo si adatta a metabolizzare il secondo substrato meno preferito.

Question 48

Cos'è un chemostato e come permette una crescita continua?

Answer 48

Il chemostato è un sistema di coltura continua che mantiene le cellule indefinitamente in fase esponenziale. Ciò avviene equilibrando l'apporto di nutrienti freschi (che sostituiscono quelli utilizzati) e la rimozione dei prodotti di scarto e delle cellule, mantenendo costanti il volume della coltura, il numero di cellule e la concentrazione di nutrienti (steady state).

Question 49

Quali parametri controlla un chemostato e per quali scopi viene utilizzato?

Answer 49

Un chemostato controlla la velocità di crescita (tramite il flusso di terreno fresco) e la densità della popolazione microbica (biomassa, tramite la concentrazione del fattore limitante). Viene utilizzato per studi di fisiologia microbica (es. tassi di mutazione) o per produrre metaboliti e/o biomassa microbica in modo continuo.

Question 50

Qual è la composizione chimica elementare principale delle cellule viventi?

Answer 50

Tutte le cellule viventi sono costituite principalmente da sostanza organica, con il carbonio che da solo costituisce il 50% del peso secco della cellula. Gli elementi H, O, C, N, P, S costituiscono il 95% del peso secco.

Question 51

Come vengono classificati i microrganismi in base alla loro fonte di energia?

Answer 51

Si classificano in fototrofi (energia dalla luce) e chemiotrofi (energia dall'ossidazione di composti chimici). I chemiotrofi si dividono ulteriormente in chemioorganotrofi (donatori di elettroni organici) e chemiolitotrofi (donatori di elettroni inorganici, esclusivi dei procarioti).

Question 52

Come vengono classificati i microrganismi in base alla loro fonte di carbonio?

Answer 52

Si classificano in autotrofi (usano CO2 come fonte principale di carbonio) ed eterotrofi (richiedono fonti organiche di carbonio precostituite). Combinando con la fonte di energia si hanno fotoautotrofi, chemioautotrofi (o chemiolitoautotrofi), fotoeterotrofi e chemioeterotrofi.

Question 53

Cos'è un terreno di coltura e quali sono le sue componenti di base?

Answer 53

Un terreno di coltura è un mezzo (liquido o solido) nel quale può avvenire lo sviluppo e la crescita in vitro di un microrganismo. Le componenti di base includono: fonte di energia, fonte di azoto e aminoacidi, sali, fattori di crescita, agenti selettivi, eventuale sostanza gelificante (Agar), indicatori e acqua.

Question 54

Quali sono i macronutrienti essenziali per la crescita microbica?

Answer 54

I macronutrienti includono carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo, ferro, calcio, manganese, sodio, potassio.

Question 55

Quali sono i micronutrienti e come vengono solitamente forniti nei terreni?

Answer 55

I micronutrienti includono manganese, zinco, selenio, rame, cobalto, molibdeno. Spesso sono presenti come contaminanti degli altri ingredienti o aggiunti specificamente.

Question 56

Perché è importante mantenere il pH costante nei terreni di coltura e come si ottiene questo?

Answer 56

Molti microrganismi modificano il pH durante la crescita. Per controllarlo si usano soluzioni tampone (es. miscele di fosfati mono e dibasici) che impediscono variazioni significative di pH.

Question 57

Cosa sono i fattori di crescita e come si classificano i microrganismi in base alla loro necessità?

Answer 57

Sono composti organici indispensabili che la cellula non sintetizza autonomamente (es. amminoacidi, vitamine). I prototrofi non ne necessitano, gli auxotrofi (eterotrofi) sì.

Question 58

Quali tipi di agenti selettivi possono essere aggiunti ai terreni di coltura?

Answer 58

Antibiotici (per selezionare specie specifiche), quantità elevate di sali (NaCl), sali biliari (inibiscono Gram positivi), coloranti derivati dal trifenil metano (inibiscono Gram positivi).

Question 59

Come si classificano i terreni di coltura in base allo stato fisico e alla composizione chimica?

Answer 59

Stato fisico: liquidi (brodi) o solidi (con agar). Composizione chimica: definiti (sintetici, composizione nota, inclusi minimi) o non definiti (complessi, ricchi, con estratti, composizione non nota).

Question 60

Come si classificano i terreni di coltura in base alla funzione?

Answer 60

Terreni selettivi (consentono crescita solo di alcuni), terreni discriminativi o differenziali (distinguono microrganismi diversi), terreni di arricchimento (liquidi, favoriscono specie esigenti).

Question 61

Quali sono le caratteristiche fondamentali dell'agar come agente solidificante?

Answer 61

Sciolto all'1-2% rimane liquido fino a circa 45°C e solidifica a temperature inferiori. Non è utilizzato come nutriente dalla maggior parte dei microrganismi. Permette la formazione di colonie separate impedendo il movimento dei batteri.

Question 62

Descrivi il terreno Mannitol Salt Agar (MSA) e la sua duplice funzione.

Answer 62

È selettivo per stafilococchi grazie all'alta concentrazione di NaCl (7.5%). È differenziale perché Staphylococcus aureus fermenta il mannitolo (unico zucchero), acidificando il terreno e facendo virare l'indicatore rosso fenolo a giallo, distinguendolo da altri stafilococchi non fermentanti.

Question 63

Descrivi il terreno Salmonella-Shigella Agar (SS-agar) e la sua duplice funzione.

Answer 63

È selettivo per Salmonella e Shigella (Gram negativi patogeni) grazie a sali biliari e citrato di sodio che inibiscono altri batteri. È differenziale perché Salmonella produce H2S che reagisce con componenti del terreno formando colonie con centro nero, mentre Shigella forma colonie incolori e altri enterobatteri (come E. coli) che fermentano il lattosio danno colonie rosa/rosse.

Question 64

Quali sono i passaggi fondamentali per la preparazione e sterilizzazione dei terreni di coltura?

Answer 64

Pesare e sciogliere i componenti in acqua distillata. Eliminare contaminanti sterilizzando (es. in autoclave a 121°C per 15-20 min o per ebollizione se termosensibili). Versare in contenitori sterili mantenendo condizioni di sterilità (cappa a flusso laminare o vicino a fiamma).

Question 65

È sempre vantaggioso preparare un terreno il più ricco possibile di nutrienti?

Answer 65

No, perché molti nutrienti a concentrazioni elevate possono diventare inibitori o tossici, e le attività metaboliche della popolazione possono modificare l'ambiente rendendolo inospitale. Si preferisce fornire un nutriente in quantità limitante (spesso la fonte di carbonio) per controllare la crescita e migliorare la selettività.