Spore batteriche e processo di sporulazione

I batteri sono microrganismi unicellulari che riservono mille sorprese. Tra queste, c’è la possibilità per alcuni di produrre delle spore per mezzo del processo di sporulazione. Nello specifico dei batteri, le spore prodotte hanno caratteristiche cellulari di resistenza e quiescienza. Partendo da queste considerazioni, infatti, alcuni ricercatori hanno portato avanti uno studio per valutare la longevità delle spore: si tratta del “The 500-year Microbiology Experiment“.

Le spore batteriche: caratteristiche generali

Le spore batteriche sono forme cellulari specializzate per la sopravvivenza anche in condizioni ambientali avverse. Si tratta di costituenti forme di resistenza e sono sempre prodotte all’interno di una cellula vegetativa, per cui vengono chiamate endospore.

Morfologicamente, le spore delle diverse specie hanno forma allungata, ovale, con superficie liscia o rugosa, con o senza appendici. Così come la forma, di rilevanza è la posizione che assumono a seconda che si differenzi al centro o in una delle parti distali della cellula: si possono trovare in posizione centrale o para-centrale, terminale o sub-terminale e, più raramente, lateralmente.

Dal punto di vista strutturale, le spore batteriche sono costituite da una parte centrale (core) contenente del citoplasma: questo è presente in piccole quantità ed è possibile osservare la presenza di ribosomi, DNA, dipicolinato di calcio ed enzimi. A questo si aggiunge una parete cellulare rudimentale. Il core è poi rivestito di una serie di “involucri sporali“: dall’interno verso l’esterno ritroviamo la corteccia (costituita da uno spesso strato di peptidoglicano modificato tipico delle spore batteriche), una seconda membrana (simile alla prima), una tunica proteica formata da un’alternanza di strati di lamelle e fibrille che generano un elemento simile alla cheratina e, infine, l’esosporio (tunica). Quest’ultimo è presente solo in alcuni gruppi di batteri ed è una membrana lipoproteica contenente carboidrati (acidi teicoici, glucosamina).

struttura dell'endospora di Bacillus anthracis
Figura 1- Struttura dell’endospora di Bacillus anthracis. Dall’immagine si può osservare l’esosporio (EX), la membrana esterna (SC), la corteccia (CX), la membrana interna (CW) e il core [ASM Digital Image Collection, Stahly]

Le spore sono cellule metabolicamente inattive in uno stato di criptobiosi (o di vita latente) paragonabile, in qualche modo, ai semi delle piante.

Fisiologia delle spore batteriche

La spora è una forma alternativa di vita che ha come scopo quello di mantenere la specie in un periodo di condizioni avverse, in attesa di condizioni favorevoli. La spora ha un basso contenuto di acqua, è resistente alla disidratazione, ma anche ai raggi UV e a molti altri agenti lesivi. Nello specifico della resistenza dei raggi UV, è noto che le spore batteriche contengono proteine a basso peso molecolare dette SASP (Small Acid Soluble Proteins): alcune di esse interagiscono con il DNA e lo proteggono dagli effetti dei raggi UV.

In qualsiasi caso, le spore possono infettare, e in particolare possiamo essere infettati, da spore provenienti dall’ambiente esterno e non necessariamente per contatto diretto con un soggetto infetto. Ciò è dovuto ai caratteri antigenici della spora che risultano identici a quelli della forma vegetativa, oltre ad alcuni antigeni specifici.

Processo di sporulazione

La sporulazione è un meccanismo che consente al batterio di effettuare un cambiamento nella propria forma, quando ci sono condizioni ambientali che non ne consentono la normale sopravvivenza. Dunque, è quel processo dimorfogenetico che consente la transizione da forma vegetativa a spora. Per il batterio la formazione della spora consente di mantenere uno stato di “dormienza” e gli permetterà, nel caso in cui l’ambiente ritorni idoneo alla sua sopravvivenza, di “risvegliarsi” e di riprendere le proprie funzioni metaboliche.

Il meccanismo di sporulazione ha diverse fasi, di seguito trattate:

  • Addensamento del cromonema;
  • Duplicazione del DNA;
  • Separazione dei nucleoidi e formazione del setto di divisione asimmetrico;
  • Formazione della prespora;
  • Fase di inglobamento: il peptidoglicano presente nel setto viene degradato e la cellula madre ingloba completamente la prespora;
  • Fase di fromazione del cortex e della tunica: il primo viene deposto tra le due membrane che avvolgono la prespora ed è una specializzazione del peptidoglicano. La tunica, composta dall’acido dipicolinico (DPA), è fondamentale perchè protegge e stabilizza il materiale ereditario, oltre a conferire alla cellula resistenza;
  • Fase di maturazione e rilascio: la spora viene rilasciata per autolisi dello sporangio. Libera nell’ambiente, rimarrà tale fino alla sua germinazione;
fasi della sporulazione
Figura 2- Fasi della sporulazione [www.biopills.net]

Specie sporigene di rilevanza medica

La spora come elemento di resistenza è particolarmente nota in ambito medico. Nello specifico, la sporogenesi ha una rilevante valenza diagnostica perchè è una caratteristica di alcune specie batteriche patogene. Alcuni esempi degni di nota possono essere Bacillus anthracis, agente eziologico del carbonchio (antrace). Altri appartengono al genere Clostridium: tra questi è importante ricordare Clostridium botulinum, agente eziologico del botulismo e Clostridium tetani, agente eziologico del tetano.

spore di Clostridium tetani
Figura 3- Spore di Clostridium tetani [slideplayer.it]

Tecniche di colorazione

Per poter rilevare le spore batteriche si possono utilizzare diversi tipi di colorazione. Al microscopio ottico sono facilmente visibili come corpi altamente rifrangenti e ciò rende la visualizzazione della spora batterica difficoltosa. La difficoltà maggiore è data dalla complessità dei suoi involucri che la rendono difficilmente permeabile ai più comuni coloranti. Se da una parte è possibile osservare le spore anche per mezzo di colorazioni “classiche” come quella di Gram o Ziehl-Neelsen, dall’altra è bene considerare colorazioni che assicurano una immagine più nitida e contrastata come la colorazione di Schaeffer-Fulton.

Fonti

4 commenti su “Spore batteriche e processo di sporulazione”

  1. Ottimo articolo. Vorrei porre una domanda. Ho schiacciato delle olive ottime appena raccolte e li ho messi in acqua senza sale in un barattolo colmo e chiuso ermeticamente. Il girno dopo , per cambiare l’acqua, ho aperto il barattolo e in quell’istante e fuoriuscito uno spruzzo di acqua e gas proprio quasi come uno spumante.Devo buttare le olive? È possibile si sia sviluppato il botulino in un solo giorno? Vi prego di darmi una risposta al più presto. Aurelio 3339909648

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    • Buongiorno Aurelio, innazitutto grazie per aver apprezzato l’articolo. Dalla descrizione che hai fatto è difficile riuscire a capire cosa possa aver provocato una reazione come lo “spruzzo”, bisognerebbe indagare più a fondo con un’analisi microbiologica del contenuto del barattolo che hai descritto. Direi, approssimativamente, che si possa però escludere che si tratti di botulino perchè, anche se il barattolo è chiuso ermeticamente, è improbabile possa creare un ambiente anerobio necessario per la crescita e la produzione della tossina di Clostridium botulinum. Ci tengo a precisare che è difficile dalla descrizione dell’avvenimento capire se l’alimento può o meno essere consumato tranquillamente, quindi ti suggerirei se ti è possibile di evitare il consumo o, appunto, di indagare maggiormente con l’analisi microbiologica dell’alimento in questione.
      Spero di poterti essere stata utile, buona giornata. Marianna

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      • Dott.ssa, bellissimo articolo, nonostante il tema , risulta di facile lettura.
        Dovrei porle una domanda in merito: di recente mi si è infestata la camera da letto di muffa nelle pareti in corrispondenza della facciata, nel giro di una settimana da poche macchioline si è mangiata quasi tutta la parete…sia muffa verde che macche sopraelevate visibili solo in controluce (tipo funghi)🤮…siamo riusciti a bloccare la crescita con diversi detergenti, ma è successo qualcosa di assurdo, durante dei gg in cui ho avuto febbre alta e sudato tanto, si è riempita la federa del cuscino e parti del lenzuolo con.macche di muffa, ne sono certa tanto è che ho cambiato federa 4 volte e alla fine ho buttato il cuscino che comunque era senza alcuna macchia, infatti si macchiava la federa esterna e non il copricuscino…la mia domanda è: ma è possibile che le spore di.muffa abbiano mutato la loro consistenza e siano vive nell’aria anziché sulle pareti? E poi vadano a poggiarsi sui tessuti caldi e umidi tipo le lenzuola in fase di febbre??
        Che rischi potrebbe avere tutto questo se continuiamo a dormire nella camera? consideri che ho anche una bambina di pochi mesi…
        La ringrazio infinitamente

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        • Buongiorno Annalisa, intanto ti ringrazio per aver apprezzato l’articolo. Mi dispiace per ciò che ti è successo. Purtroppo le muffe sono dei funghi e si propagano nell’ambiente. Quindi questo può causare febbre e non solo. Ti possiamo consigliare di controllare che non ci siano perdite perchè altrimenti il solo trattamento superficiale della parete non bastarebbe. Spesso i detergenti non servono a molto, meglio provare a pulire con una spugna imbevuta di candeggina o provare ad usare specifici prodotti antimuffa. Dopo la pulizia, sempre che non ci siano problemi di infiltrazione o nelle tubature, potresti ritinteggiare la camera con vernici apposite antimuffa. Spero che questi consigli ti siano utili. Buona giornata.

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