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Batteri: classificazione

Una domanda che sembrerebbe avere una risposta semplice. Gli animali e le piante sono classificati in gran parte in base alle caratteristiche visibili, non ultime le caratteristiche dei loro organi riproduttivi. Il sistema di classificazione binomiale (genere, specie) introdotto da Carl Linnaeus nel XVIII secolo ha tenuto molto bene su questa base, poiché il sistema binomiale si presta bene a una filogenesi ad albero che collega le specie correlate.

Gli organismi unicellulari, compresi i batteri, hanno solo alcune caratteristiche visibili, eppure molti miliardi (come ora sappiamo) specie. Linneo stesso rinunciò a cercare di classificarli, e li ammassò tutti insieme nel phylum del Caos .

Sebbene le generazioni successive di microbiologi abbiano aggiunto più caratteristiche (colorazione, morfologia delle colonie, attività biochimiche) all’elenco delle caratteristiche che definiscono i gruppi batterici, la loro classificazione è rimasta un disastro. Ancora negli anni ’70, molti microbiologi sostenevano che una vera classificazione dei batteri in natura fosse un compito impossibile e alla fine futile.

Nella migliore delle ipotesi, i batteri erano definiti come procarioti – organismi unicellulari senza membrana nucleare (o altre membrane interne). Tuttavia, definire un intero regno di organismi con una caratteristica negativa era altamente insoddisfacente.

Batteri al microscopio
Batteri al microscopio

Carl Woese ha cambiato questa situazione alla fine degli anni ’70 e ha reso la classificazione dei batteri un problema oggettivamente risolvibile. La sua intuizione era di confrontare le sequenze di molecole di RNA ribosomiale al fine di determinare la relazione. I ribosomi producono proteine, che è l’attività più fondamentale (insieme alla replicazione del DNA) di tutte le cellule viventi.

Ogni cellula ha ribosomi e tutti svolgono lo stesso compito. I cambiamenti nella componente principale dei ribosomi (RNA) si verificano raramente nella storia evolutiva, e alcuni tratti di sequenza dell’RNA sono conservati tra tutti gli organismi sulla terra. Allineare le sequenze di rRNA e contare le differenze tra loro fornisce quindi un metodo universale per stimare la correlazione di qualsiasi due organismi.

Mentre Woese (e altri) si facevano strada attraverso le sequenze di vari organismi, notarono una profonda divisione tra due serie di batteri. In particolare, le sequenze di batteri che tendono a vivere in ambienti estremi – alto sale, alte temperature, produttori di metano – erano tanto diversi da altri batteri “normali” quanto da sequenze animali o vegetali.

In altre parole, questi “batteri” non sembrano essere più strettamente correlati a un E coli che a te o me. Ulteriori studi hanno rivelato che questi batteri insoliti condividono un certo numero di caratteristiche biochimiche – lipidi di membrana, fattori di trascrizione, introni, istoni – con organismi “più alti”, ma non con altri batteri.

Alla fine, Woese propose che questi batteri insoliti non fossero affatto batteri, ma membri di un nuovo dominio, l’ Archaea . Gli altri procarioti erano assegnati al dominio Eubacteria e gli eucarioti al dominio Eucarya .

Sebbene questi incarichi riflettessero chiaramente la storia evolutiva e l’ascendenza dei rispettivi organismi, non furono prontamente accettati da zoologi e botanici, che difesero il sistema di classificazione del Cinque Regno. Uno sguardo all’albero rRNA qui sotto rivela una fonte della loro opposizione – tre dei cinque regni (animali, funghi, piante) – sono stati ridotti dalle divisioni fondamentali della vita alle protuberanze sulla punta dell’albero.

Gli umani sono più simili agli stampi di melma di quanto lo stafilococco sia come E coli. Questa è una conclusione repellente alla visione umano-centrica del mondo che si annida in tutti noi. Ma è vero, proprio come è vero che la Terra non è al centro dell’universo, e che gli umani non sono creati appositamente dai poteri divini.

batteri

Quindi torna alla domanda. I batteri – i Eubatteri – sono definiti dalle seguenti caratteristiche uniche:

  1. Hanno sequenze di rRNA batteriche
  2. Hanno acidi grassi non ramificati legati agli esteri nelle loro membrane cellulari
  3. Avere peptidoglicano nelle loro pareti cellulari
  4. Hanno semplici (RNA) polimerasi a 4 subunità

Tutte le altre caratteristiche, come la mancanza di una membrana nucleare, sono condivise da uno o più domini e quindi non sono caratteristiche uniche dei batteri.
Struttura filogenetica del dominio procariotico: i regni primari

Filogenesi e oltre: significato scientifico, storico e concettuale del primo albero della vita.

Classificazione dei batteri

Prima dell’invenzione della tecnica di sequenziamento del DNA, i batteri venivano principalmente classificati in base alle loro forme – conosciuti anche come morfologia, biochimica e colorazione – ovvero colorazione Gram-positiva o Gram-negativa.

Oggigiorno, insieme alla morfologia, il sequenziamento del DNA viene utilizzato anche per classificare i batteri. Il sequenziamento del DNA aiuta a capire la relazione tra due tipi di batteri, ad esempio se sono correlati l’un l’altro nonostante le loro diverse forme.

Insieme alla forma e alla sequenza del DNA, altre cose come le loro attività metaboliche, le condizioni richieste per la loro crescita, le reazioni biochimiche (cioè la biochimica come menzionato sopra), le proprietà antigeniche e altre caratteristiche sono anche utili per classificare i batteri.

Basato su morfologia, sequenziamento del DNA e biochimica

Sulla base della morfologia, del sequenziamento del DNA, delle condizioni richieste e della biochimica, gli scienziati hanno elaborato la seguente classificazione con 28 diversi phyla batterici :

  1. Acidobacteria
  2. Actinobacteria
  3. aquificae
  4. Bacteroidetes
  5. Caldiserica
  6. clamidie
  7. Chlorobi
  8. Chloroflexi
  9. Chrysiogenetes
  10. I cianobatteri
  11. Deferribacteres
  12. Deinococcus-Thermus
  13. Dictyoglomi
  14. Elusimicrobia
  15. Fibrobacteres
  16. Firmicutes
  17. fusobatteri
  18. Gemmatimonadetes
  19. Lentisphaerae
  20. Nitrospira
  21. Planctomycetes
  22. proteobatteri
  23. Spirochete
  24. Synergistetes
  25. tenericutes
  26. Thermodesulfobacteria
  27. Thermotogae
  28. Verrucomicrobia

Ogni phyl corrisponde inoltre al numero di specie e generi di batteri. In senso lato, questa classificazione batterica include batteri che si trovano in vari tipi di ambiente come i batteri di acqua dolce, i batteri delle acque saline, i batteri che possono sopravvivere a temperature estreme (come nei batteri di acqua sulfurea e di batteri trovati in Antartide ghiaccio), batteri che possono sopravvivere in ambienti altamente acidi, batteri che possono sopravvivere in ambienti altamente alcalini, batteri che possono resistere a radiazioni elevate, batteri aerobici, batteri anaerobici, batteri autotrofi, batteri eterotrofi e così via …

Sebbene i batteri siano principalmente classificati nel phylum, ovvero la classificazione scientifica degli organismi, possono essere classificati nei seguenti gruppi per semplificazione. Diamo un’occhiata.

Basato su forme

Batteri a forma di bastoncello ( Salmonella )
Batteri a forma di bastoncello ( Salmonella )
Batteri a forma sferica (Streptococco )
Batteri a forma sferica (Streptococco )
Batteri a forma di spirale (Treponema Pallidum)
Batteri a forma di spirale (Treponema Pallidum)
Batteri a forma di virgola (Vibrio colera )
Batteri a forma di virgola (Vibrio colera )
Batteri flagellati ( Batteri del tetano )
Batteri flagellati ( Batteri del tetano )

Come già accennato, prima dell’avvento del sequenziamento del DNA, i batteri venivano classificati in base alle loro forme e proprietà biochimiche. La maggior parte dei batteri può essere classificata nelle seguenti forme:

  • Batteri a forma di bastoncello (Bacilli) – ad es. E.Coli e Salmonella
  • Batteri sferici (Cocci) – ad es. Staphylococcus e Streptococcus
  • Batteri a forma di spirale (Spirilla) – ad es. Treponema e Borellia
  • Batteri a forma virgola – ad es. Vibrio colera
  • Batteri flagellati – ad es. Batteri del tetano

Alcuni batteri hanno forme diverse e più complesse di quelle sopra menzionate.

Basato sul contenuto della parete cellulare (Metodi di colorazione)

Batteri Gram positivi
Batteri Gram positivi
Batteri Gram-negativi
Batteri Gram-negativi

I batteri sono raggruppati come batteri Gram-positivi e Gram-negativi, sulla base dei risultati del metodo di colorazione di Gram. I peptidoglicani sono il contenuto principale delle pareti cellulari dei batteri Gram-positivi (quasi il 95%), mentre i batteri Gram-negativi hanno uno strato aggiuntivo di fosfolipidi e lipopolisaccaridi.

  • Batteri Gram-positivi – Lo spesso strato di Peptidoglicani è macchiato di viola dal colorante viola cristallino, motivo per cui i batteri gram-positivi appaiono viola o blu.
  • Batteri Gram-negativi – Lo strato sottile di Peptidoglicani non può trattenere il colorante viola cristallino, e quindi appare rosso o rosa a causa della ritenzione della contro-macchia.

La colorazione di Gram è un metodo cruciale di identificazione batterica, ma ci sono alcuni batteri che non rispondono ad esso. Quindi, altri due gruppi sono Gram-variabili e Gram-indeterminati.

Basato sulla presenza di flagelli

Alcuni batteri hanno strutture a forma di frusta sul loro corpo che aiutano con la motilità, ma questo non è l’unico modo per ottenere la motilità. I flagelli sono solitamente utilizzate per il nuoto.

  • Flagelli assenti – batteri atrichous
  • Presenza di flagelli – Queste sono classificate come furthur in base al numero di flagelli che possiedono e alla loro posizione sul corpo.
  • Batteri monotrifici – Un flagello
  • Amphitrichous Bacteria – Un flagello su entrambi i lati del corpo
  • Batteri polirichici – Flagelli multipli in posizioni diverse
  • Batteri lopotrichi – Flagelli solo in una posizione sul corpo
  • Batteri – flagelli in tutto il corpo

Basato sul requisito dell’ossigeno

I batteri sono anche classificati in base al fabbisogno di ossigeno per la loro sopravvivenza.

  • Batteri aerobici – Batteri che hanno bisogno di ossigeno per la loro sopravvivenza.
  • Batteri anaerobici – Batteri che non richiedono ossigeno per sopravvivere.

I batteri anaerobici non sopportano ossigeno e potrebbero morire se tenuti in un ambiente ossigenato. Tali batteri si trovano di solito in luoghi sotto la superficie della Terra o in profondità negli oceani.

Basato sul metodo di ottenere la nutrizione

Questo è uno dei più importanti tipi di classificazione, poiché tiene conto dell’aspetto più importante della crescita e della riproduzione batterica.

  • Batteri fotoautotrofi – Sintetizzano il loro cibo da materia organica, energia luminosa e anidride carbonica.
  • Batteri chemoautotrophic – Sintetizzano il loro cibo con l’aiuto di energia ottenuta da fonti chimiche.
  • Batteri eterotrofi – Ottieni il loro cibo da altri organismi viventi, poiché non possono sintetizzarlo da solo.
  • Batteri simbionti – Ottenere la nutrizione dall’organismo ospite offrendo qualcosa in cambio. Stabilire una reciproca relazione di dare e avere con l’ospite.
  • Batteri patogeni – Ottenere cibo dall’ospite ma sono dannosi per l’ospite, causando generalmente malattie.
  • Batteri saprofiti – Ottenere la nutrizione dalla materia morta e in decomposizione. Ecologicamente utile

Basato sulla formazione di spore

Alcuni batteri formano endospore, che sono gusci esterni estremamente resistenti e impenetrabili, quando esposti a condizioni sfavorevoli. Queste endospore consentono ai batteri di sopravvivere a queste condizioni rimanendo in uno stato dormiente.

Quando le condizioni sono favorevoli, i batteri ritornano di nuovo al loro stato originale. Le endospore possono aiutare i batteri a sopravvivere per milioni di anni in uno stato dormiente. A seconda che i batteri formino endospore o no, sono classificati nei seguenti due tipi.

  • Endospora che forma batteri
  • Batteri che non formano endospora

I batteri che formano le endospore sono generalmente di natura più virulenta di quelli che non lo fanno.

Basato sull’ambiente

Come accennato in precedenza, vari batteri prosperano in un ambiente vario. Mentre alcune specie possono resistere a condizioni estreme, altre hanno bisogno di condizioni moderate specifiche per sopravvivere. In base alla preferenza delle condizioni ambientali per il loro habitat, i batteri sono classificati in:

  • Mesofili – Quelli che richiedono condizioni moderate per sopravvivere.
  • Neutrofili – Quelli che richiedono condizioni moderate per sopravvivere.
  • Estremofili: quelli che possono sopravvivere in condizioni estreme.
  • Acidofili – Quelli che possono tollerare condizioni di pH basso.
  • Alcalifili – Quelli che possono tollerare condizioni di pH elevato.
  • Termofili – Quelli che resistono alle alte temperature.
  • Batteri psicofili – Quelli che possono sopravvivere a condizioni estremamente fredde.
  • Alofili – Quelli che possono sopravvivere in condizioni altamente saline.
  • Osmofili – Quelli che possono sopravvivere in condizioni osmotiche di zucchero alto.

La grande varietà di diversità che si vede nelle specie batteriche rende compito Ercolico di elaborare una singola classificazione che includa ogni singola specie.

Aggiungete il fatto che questi batteri sono anche in continua evoluzione e si adattano all’ambiente in cui la sopravvivenza degli esseri viventi è stata ritenuta impossibile (il migliore esempio sono i batteri che popolano i laghi salati del Mar Mediterraneo in cui i livelli di salinità superano di gran lunga la salinità livelli di normale acqua di mare), e il compito diventa un po ‘più difficile.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. La comunicazione nei batteri”, di Richard Losick & Dale Kaiser, pubbl. su “Le Scienze (American Scientific)”, num.345, maggio 1997, pag.70-75
  2. Witzany G. (2008). “Bio-Communication of Bacteria and their Evolutionary Roots in Natural Genome Editing Competences of Viruses”. Open Evol J 2: 44-54
  3. Brock. Biologia dei microrganismi. Pearson, 2016, ISBN 978-8891900944
  4. Bacteria, su thes.bncf.firenze.sbn.it, Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze. Modifica su Wikidata
  5. Bacteria / Bacteria (altra versione), su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica
  6. Batteri, su salute.leiweb.it. 
  7. Amici della Scienza – www.focusuniverse.com
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