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microbiologia
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Di cosa parla
- **Introduzione e Storia:** La microbiologia è una scienza giovane. Robert Hooke (1665) e Antonj van Leeuwenhoek furono pionieri nell'osservazione dei microrganismi. Hans Christian Gram sviluppò la colorazione differenziale. Louis Pasteur confutò la teoria della generazione spontanea, convalidando la teoria cellulare e della biogenesi. Robert Koch stabilì i postulati per identificare gli agenti infettivi, contribuendo allo sviluppo degli antibiotici (Fleming, Domagk). Martinus Beijerinck e Sergej Vinogradskij esplorarono la diversità microbica.
- **Biodiversità ed Evoluzione:** La biodiversità microbica è vasta, rappresentata dall'albero filogenetico con tre domini (Bacteria, Archaea, Eucarya). L'rRNA è un orologio molecolare per studiare le relazioni evolutive. LUCA (Last Universal Common Ancestor) è all'origine della vita cellulare circa 4 miliardi di anni fa. L'evoluzione ha visto la transizione da atmosfere anossigeniche a ossigeniche grazie alla fotosintesi ossigenica dei cianobatteri, evidenziata dalle Banded Iron Formations (BIFs). La teoria endosimbiotica spiega l'origine di mitocondri e cloroplasti negli eucarioti.
- **Struttura Cellulare:** Le cellule procariote, più semplici degli eucarioti, si dividono per scissione binaria e non hanno organelli delimitati da membrana. La loro morfologia (cocco, bacillo, spirillo) è determinata da proteine citoscheletriche. La membrana plasmatica procariotica è selettivamente permeabile, luogo di produzione energetica e trasduzione del segnale, con differenze tra Bacteria e Archaea (es. legami etere negli Archaea). La parete batterica, a base di peptidoglicano (mureina), conferisce rigidità e resistenza osmotica; differisce tra Gram-positivi (acidi teicoici) e Gram-negativi (membrana esterna con LPS, porine, lipoproteine). Alcuni batteri e Archaea presentano strati S o capsule. I flagelli consentono la motilità, i pili l'adesione.
- **Crescita e Metabolismo:** La crescita microbica è un aumento della popolazione cellulare, tipicamente esponenziale (fissione binaria). Le curve di crescita (fasi lag, esponenziale, stazionaria, morte) e le colture continue (chemostati) sono strumenti di studio. I microrganismi sono classificati in base alla fonte di energia (chemiotrofi, fototrofi) e carbonio (autotrofi, eterotrofi). I metabolismi energetici includono ossido-riduzioni, respirazione aerobica (accettore O2), respirazione anaerobica (accettori alternativi come nitrati, solfati, ferro) e fermentazione (fosforilazione a livello di substrato). Sono dettagliate le ossidazioni di idrogeno, zolfo, ferro e le trasformazioni dell'azoto (nitrificazione, anammox, fissazione).
- **Regolazione Genetica e Difese:** La regolazione dell'espressione genica avviene a diversi livelli (trascrizionale, traduzionale, post-traduzionale), con meccanismi come la repressione, l'induzione e il feedback allosterico. L'operone lac è un esempio di controllo negativo. Il quorum sensing permette la comunicazione cellulare e la regolazione genica in base alla densità di popolazione. I batteri si difendono dalle infezioni virali tramite sistemi di restrizione-modificazione e CRISPR-Cas, che forniscono immunità acquisita. Il genoma batterico comprende cromosoma, plasmidi e elementi trasponibili, che contribuiscono alla diversità genetica tramite trasferimento genico orizzontale (coniugazione, trasformazione, trasduzione).
- **Controllo Microbico:** La crescita microbica può essere controllata tramite calore (sterilizzazione, autoclave), radiazioni (UV, ionizzanti) e filtrazione, essenziali per la ricerca e le applicazioni pratiche.
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