I microrganismi criofili: la vita al freddo

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Caratteristiche generali

I microrganismi criofili o psicrofili sono organismi facenti parte della categoria degli “estremofili”, ovvero che resistono e si sviluppano in ambienti estremi. In particolare i batteri criofili sono in grado di crescere a temperature comprese tra 0° C e 20° C, ma non mancano quelli che vivono anche a temperature molto più basse.

Nonostante a 0°C e a pressione atmosferica l’acqua si trovi allo stato solido, una ricerca svolta in Antartide ha portato alla luce dei batteri vitali nella soluzione salina ghiacciata di un lago. Questi microrganismi, seppur a temperature ben sotto lo zero, si nutrono metabolizzando il carbonio organico rimasto intrappolato nel ghiaccio stesso. Li troviamo infatti in ghiacciai, ambienti alpini, nevai, suolo e acque oceaniche profonde.

Micrografia elettronica a scansione di batteri isolati dal lago Vida, in Antartide
Figura 1 – Micrografia elettronica a scansione di batteri isolati dal lago Vida, in Antartide (Fonte: Christian H. Fritsen, Desert Research Institute, DRI)

Tra i ceppi batterici che possono crescere a temperature pari o inferiori a 7 °C troviamo soprattutto Gram-negativi. Non esistono solo batteri criofili, ma anche funghi e lieviti. E’ importante conoscere i microrganismi criofili poiché possono colonizzare diversi tipi di alimenti anche se questi vengono congelati per la conservazione.

Cosa favorisce la sopravvivenza dei microrganismi criofili?

Nei microrganismi criofili la membrana plasmatica deve necessariamente resistere alla rigidità a cui andrebbe incontro a causa del freddo. Questo è possibile grazie ad acidi grassi più corti ed un maggior grado di insaturazione, che permettono una maggiore flessibilità del doppio strato fosfolipidico, grazie al punto di fusione più basso. Inoltre, i loro geni codificano per proteine resistenti al freddo, la cui conformazione impedisce la cristallizzazione dei liquidi. Allo stesso modo queste cellule sintetizzano enzimi in grado di agire a basse temperature, richiedendo una minore energia di attivazione per una maggiore complementarietà con il substrato.

Inoltre alcuni psicrofili, come Vibrio e Aeromonas spp. (figura 2), possono passare a uno stato vitale non coltivabile (VBNC). Durante questa forma reversibile, un microrganismo può sopravvivere e compiere le sue attività metaboliche, ma non può replicarsi. Questo stato può essere molto vantaggioso per i microrganismi in condizioni estreme. La cellula batterica, nello stato VBNC assume una forma sferica e diminuisce in dimensioni, proprio per necessitare di meno energia possibile.

Colonie di Aeromonas hydrophila coltivate in agar sangue
Figura 2 – Colonie di Aeromonas hydrophila coltivate in agar sangue (Fonte: Wikimedia commons)

Alcuni esempi di microrganismi criofili

Sulla superficie di ghiacciai e nevai perenni troviamo l’esistenza dell’alga verde unicellulare Chlamydomonas nivalis che colonizza i nevai colorandoli di colore rosso (figura 3). Questo avviene a causa dei carotenoidi dell’alga. Un altro esempio di alga psicrofila è Chloromonas brevispina, le cui spore abbondanti rendono le nevi verdi o gialle.

Ghiacciai colorati di rosso
Figura 3 – Ghiacciai delle Dolomiti colorati di rosso (Fonte: https://www.arpa.veneto.it/)

Tra i funghi ci sono diverse specie in grado di resistere a questa condizione estrema. Ne è un esempio un ceppo fungino appartenente al genere Penicillium che fu isolato per primo da uno strato di ghiaccio alla profondità di 651 m. Cladosporium cladosporioides è una muffa le cui spore possono rappresentare degli allergeni per l’essere umano; è infatti coinvolto in riniti allergiche, asma, e rinosinusiti croniche. Cresce bene in ambienti a temperature molto basse (tra -10°C e -3°C) e utilizza come substrato materiale vegetale. Proprio per questo morivo può facilmente resistere alle temperature del frigorifero colonizzando alimenti.

Anche i licheni, funghi che vivono in simbiosi con alghe, sono molto resistenti al freddo, tanto da ritrovarli in abbondanza nei climi artici, antartici e alpini. Un esempio è Umbilicaria aprina, che ha dimostrato attività fotosintetica misurabile a −17°C.

E’ stato dimostrato inoltre che diversi batteri patogeni di interesse alimentare possono sopravvivere e crescere a temperature molto basse. Ad esempio Yersinia enterolitica cresce bene sia a 7 °C, entro 10 giorni, sia a 43 °C; per questo motivo è molto importante la giusta conservazione degli alimenti e un adeguato congelamento. Anche Aeromonas hydrophila sopravvive sotto i 4°C: questo batterio patogeno può entrare nella catena alimentare attraverso la contaminazione di carne, pesce e verdure e provocare gravi gastroenteriti nell’uomo.

Fonti:

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